Tlak zraka

Najrasprostranjeniji meteorološki instrument je barometar,  instrument kojim se mjeri tlak zraka. Svaki nautičar posjeduje barometar koji može biti ili jednostavni aneroid ili znatno složeniji barograf. Tlak zraka je jedan od najvažnijih meteoroloških elemenata a povezan je s temperaturom zraka i vjetrom. Razlike u atmosferskom tlaku uzrokuju strujanje zraka s jednog mjesta na drugo a s tim i pojavu vjetra.

Tlak zraka je težina kojom zrak pritišće na površinu zemlje. Za bolje razumijevanja pojma tlaka zraka moramo zamisliti stupac zraka jediničnog presjeka koji se proteže od tla do vrha atmosfere. Tlak zraka je jednak težini tog stupca zraka. Torricelli je prije otprilike 300 godina konstruirao instrument kojim se mjeri težina stupca zraka. Kod Torriccelijeva instrumenta - živinog barometra u ravnoteži se nalaze stupac žive i stupac zraka. Promjena visine stupca žive jednaka je promjeni težine stupca zraka te prikazuje koliko se promijenila težina stupca zraka odnosno tlak. Visina stupca žive u cijevi površinskog presjeka jednog četvornog centimetra je oko 760 mm.

Na Zemljinoj površini tlak zraka iznosi oko 100.000 Newtona na četvorni metar površine. Taj tlak definiramo kao jedan bar. U meteorologiji je uobičajena jedinica milibar (mbar) koji je tisućiti dio bara. Težina stupca zraka drži ravnotežu stupcu žive koja se nalazi u zatvorenoj staklenoj cijevi s donjim krajem uronjenim u posudu sa živom - na gornjem kraju je cijev zatvorena. visina stupca žive će se mijenjati s temperaturom (rastezanje žive povećanjem temperature), i promjenom sile teže Zemlje (veća je na polovima nego na ekvatoru, manja je povećanjem nadmorske visine).  Meteorolozi su definirali visinu stupca žive pri standardnim uvjetima  koji su ovako definirani:

Ako stupac zraka atmosfere drži ravnotežu stupcu žive visine 760 mm kod standardnih uvjeta onda se tlak naziva standardnom atmosferom i odgovara mu vrijednost 1013,250 hektopaskala.
Tlak zraka je ustvari težina stupca zraka iznad nekog mjesta. Dizanjem u vis stupac zraka je manji te je i težina stupca manja. Kako bi se mjerene vrijednosti tlaka na različitim mjestima na Zemlji mogle uspoređivati uveden je standard da se tlak mjeren na barometru preračunava na vrijednost tlaka na razini mora.

Za preračunavanje milimetara stupca žive u hektopaskale i obratno koriste se formule:   mm = 1.333 hPa        hPa=  0.75 mm Upišite tlak u polje mm jednako   hPa

Tlak zraka mijenja se nadmorskom visinom i u nižim slojevima atmosfere pada za oko jedan hektopaskal za svakih 8.5 metara povećanja visine. Potrebno je uvažiti tu činjenicu prilikom baždarenja brodskog barometra i baždariti ga odmah na nadmorsku visinu 0 metara.

Mjerenje tlaka zraka

Instrument za mjerenje tlaka zraka naziva se barometar, riječ barometra je složena od dviju grčkih riječi "baros" težina i "metron" mjeriti - u doslovnom prijevodu bilo bi značenje mjerač težine.

Najčešće su u primjeni dvije vrste barometra:


U nautici živin barometar nema primjenu zbog poteškoća koje nastaju zbog ljuljanja broda, koje se prenosi na rezervoar barometra te je mjerenje tlaka otežano. Što se točnosti mjerenja tiče živini barometri su točniji od aneroida i oni služe za umjeravanje - baždarenje aneroidnih barometara.

Aneroid se sastoji od elastične metalne komore iz koje je ispumpan zrak pa je u njoj vakuum, u komori se nalazi opruga koja drži stijenke komore razdvojenim.  Promjene tlaka zraka uzrokuju promjene udaljenosti stijenki komore, ako tlak zraka raste  stijenke komore se približavaju.  Jedan kraj komore je fiksiran uz tijelo barometra a drugi je povezan s kazaljkom koja na umjerenoj skali prikazuje tlak zraka.

Aneroid se mora umjeravati prema živinom barometru, za upotrebu na plovilu najbolje je umjeravanje na primorskoj meteorološkoj postaji koja sigurno ima živin barometar.  Umjeravanje se izvodi tako da se kazaljka aneroida postavi na tlak koji pokazuje živin barometar. Umjeravanje se napravi podešavanjem vijka koji se nalazi na stražnjoj strani barometra. Pažljivi nautičar će za vrijeme zime spremiti barometar i odnijeti ga s plovila, te prije ponovnog ukrcavanja izvršiti umjeravanje instrumenta. Na plovilu treba posvetiti pažnju smještaju barometra, odabire se mjesto koje nije izloženo suncu i koje je daleko od izvora topline.

Na aneroidu se osim kazaljke aneroida nalazi i fiksna kazaljka koja se podešava na trenutačni tlak, tako da se dovede iznad kazaljke aneroida. Taj postupak je vrlo važan jer kod idućeg čitanja tlaka fiksna kazaljka pokazuje prethodno očitani tlak te se može odmah ocijeniti kakva je promjena - tendencija tlaka.

Prilikom mjerenja tlaka aneroidom neophodno je prije očitavanja kucnuti po staklu aneroida kako bi se kazaljka postavila u pravi položaj. Na aneroidima je obično označeno i kakvo se vrijeme očekuje, međutim vrijeme ne ovisi samo o  tlaku zraka nego i o ostalim meteorološkim elementima te nije uputno mnogo pažnje posvećivati tim oznakama. Mnogo je važnija informacija kako se tlak mijenja, meteorolozi informaciju o promjeni tlaka zraka nazivaju tendencija tlaka.

Instrumenti koji bilježe promjene tlaka, barografi su svakako bolji od aneroida jer neprekidno pružaju informaciju o trenutačnom tlaku kao i o promjeni tlaka zraka. Ako je krivulja tlaka zraka na barografu glatka bez mnogo porasta i padova tlaka znači da se tlak malo mijenja i da ne treba očekivati velike promjene vremena. Prilikom naglog pada ili porasta  tlaka zraka  valja računati s brzim promjenama vremena. Barografom se bilježi i dnevni hod tlaka zraka, koji u umjerenim zemljopisnim širinama nije izražen, svega  oko 1 hektopaskal, ali u ekvatorijalnom pojasu iznosi i do 4 hektopaskala, što treba uvažiti prilikom analize barograma. Dnevni hod tlaka zraka ima dva maksimuma i to oko 10 i 22 sati i dva minimuma oko 04 i 14 sati.

Prilikom plovidbe susrećemo se i s pojavom da prolazimo kroz područja različitog tlaka i te promjene će se također odraziti na registraciji barografa. Kako je brzina plovljenja razmjerno mala taj se utjecaj može zanemariti, dominantan je utjecaj promjene tlaka.

Tendencija tlaka i izobare

Kod tlaka zraka važno je obratiti pozornost na promjene tlaka u vremenu - u meteorologiji nazvanu tendencija tlaka. Tendencija tlaka jedan je od parametara važnih za prognozu vremena jer ukazuje na približavanje i udaljavanje hladnih i toplih zračnih masa (ciklone i anticiklone i s njima povezanih frontalnih zona). Mjerenje tlaka na više meteoroloških postaja ucrtavaju se na karte koje omogućuju analizu polja tlaka. Na karti se izvlače linije koje povezuju mjesta istog tlaka - izobare. Razmak između izobara je važan za određivanje brzine vjetra a položaj područja s niskim tlakom  za određivanje smjera vjetra. Promjena tlaka zraka u  horizontalnoj ravnini naziva se gradijent tlaka. Gradijent tlaka daje informaciju o veličini promjene tlaka u smjeru okomitom na izobare. Izobare se izvlače tako da je uvijek viši odnosno niži tlak s iste strane izobare.  Područje zatvoreno izobarom koje ima niži tlak od tlaka izobare zove se područje niskog tlaka ili ciklona. Područje zatvoreno izobarom koje ima viši tlak od tlaka izobare naziva se područjem visokog tlaka ili anticiklona. Izobare se obično izvlače za svakih 5 milibara, ali za finiju analizu polja tlaka izvlače se svakih 2.5 ili 1 hektopaskal. Primjer analizirane karte s izvučenim izobarama i označenim niskim i visokim tlakom pogledajte ovdje.