1. С высотой барическое поле атмосферы меняется. Это значит, что
меняются форма изобар и их взаимное расположение, а стало быть,
меняются модуль и направление барических градиентов. Эти изменения
связаны с неравномерным распределением температуры.
Представим себе, что в некоторой области на уровне моря барический
градиент равен нулю, т. е. давление во всех точках одинаковое (рис.
60). Но при этом температура распределяется неравномерно: в одной
части рассматриваемой области она выше, в другой ниже.
Следовательно, существует горизонтальный температурный (термический)
градиент -направленный по нормали к изотерме в ту сторону, куда температура убывает.
Мы знаем, что в холодном воздухе барическая ступень меньше, чем в
теплом: давление падает с высотой тем быстрее, чем ниже температура
воздуха. Отсюда следует, что изобарические поверхности выше уровня
моря не могут быть горизонтальными. Если даже нижняя, приземная
изобарическая поверхность горизонтальна (как на рис. 60), то каждая
вышележащая поверхность будет приподнята над нижележащей
поверхностью в холодном воздухе меньше, в теплом воздухе больше.
Следовательно, вышележащие поверхности будут наклонены от теплого
воздуха к холодному, притом наклонены
тем больше, чем выше лежит данная поверхность. А это значит, что,
хотя на уровне моря горизонтальный барический градиент и равен нулю,
в вышележащих слоях такой градиент отличен от нуля.
Обобщая это рассуждение, можно сказать, что, каков бы ни был
горизонтальный барический градиент на уровне моря, с высотой он
будет приближаться к горизонтальному температурному градиенту. Иначе
говоря, он получает дополнительную составляющую, пропорциональную
горизонтальному градиенту температуры и направленную по нему. Чем
больше высота, тем больше будет дополнительная составляющая. Поэтому
на достаточно большой высоте горизонтальный барический градиент
будет близко совпадать по направлению с горизонтальным градиентом
средней температуры в слое воздуха от нижнего уровня до верхнего.
Это значит, что в теплых областях атмосферное давление на высоте
будет повышенным, а в холодных областях пониженным. Изобарические
поверхности будут при этом наклонены в сторону температурного
градиента, т. е. от высоких температур к низким.
Барический градиент в разных случаях будет меняться с высотой
по-разному. Допустим, например, что барический градиент внизу
направлен противоположно температурному градиенту. Тогда с высотой,
получая дополнительную составляющую противоположного направления, он
будет убывать, на какой-то высоте обратится в нуль и дальше, изменив
направление на противоположное, будет возрастать. В других случаях
барический градиент возрастает от самого уровня моря.
2. Для уточнения изложенного добавим, что горизонтальный барический
градиент на верхнем уровне -др2/дп с достаточным приближением
выражается уравнением, которое можно получить из основного уравнения
статики.
Рис. 60. Связь между горизонтальными
градиентами температуры и давления.
Если градиент температуры отсутствует (-дТт/дп = 0), то второй
член правой части обращается в нуль; остается первый член, говорящий
о том, что барический градиент на верхнем уровне -др2/дп будет
совпадать по направлению с барическим градиентом на нижнем уровне -dpi/dn,
а по модулю будет меньше его в р2/рi раз, т. е. во столько, во
сколько давление вверху меньше давления внизу. Если же
горизонтальный градиент температуры существует, то барический
градиент получает с высотой еще дополнительную составляющую,
пропорциональную градиенту температуры. Она также пропорциональна
разности высот (г2-Zi), и, стало быть, с возрастанием высоты,
барический градиент будет все более приближаться к температурному
градиенту по направлению.