Простейший барометр состоит из стеклянной трубки с одним запаянным концом, из которой откачан воздух. Другим концом трубка погружена в сосуд с ртутью. Ртуть в трубке поднимается до тех пор, пока ее вес не станет точно равным весу столба воздуха, находящегося над сосудом со ртутью.

Соотношение между атмосферным давлением и весом столба ртути в трубке нашел в 1643 г. итальянский физик Э. Торричелли. Позднее было установлено, что при подъеме барометра над земной поверхностью столбик ртути укорачивается в связи с уменьшением атмосферного давления с высотой.

Современные ртутные барометры являются усложненным усовершенствованием простейшего прибора Торричелли. Но принцип их действия не изменился.

Каждый, кто когда-либо слышал сводку погоды, знаком с тем, что атмосферное давление может быть выражено, например, в миллиметрах ртутного столба. По существу, при этом в миллиметрах выражается высота ртутного столба в барометре. При этом давление сравнивается с нормальным его значением на уровне моря и на широте 45°, равным 760 мм.

Далее

Ртутные барометры в некоторых отношениях неудобны для практического применения. Во-первых, они громоздки, так как трубка с ртутью должна иметь длину не менее 90 см. Во-вторых, их легко разбить. Кроме того, они не могут фиксировать изменение давления непрерывно. Для этой последней цели разработан барометр другого типа.

Барометр-анероид в значительной степени вытеснил ртутные барометры. Основной частью этого прибора является небольшая плоская круглая тонкостенная металлическая коробочка,   из которой   почти   полностью откачан воздух. Упругость коробочки несколько усилена тем, что нижняя и верхняя поверхности сделаны гофрированными. Благодаря почти полному вакууму внутри коробочки она быстро реагирует на изменения внешнего давления и сама несколько растягивается или сплющивается, когда последнее уменьшается или возрастает. Коробка соединена с системой рычагов и приводов, передающих ее деформацию на стрелку-указатель. Перемещаясь по шкале, градуированной в соответствующих единицах — миллиметрах ртутного столба или миллибарах — стрелка позволяет непосредственно отсчитывать значения атмосферного давления.

Далее

Сведения о перемещении воздуха лежат в основе любых метеорологических прогнозов. Когда воздух перемещается из одной местности в другую, он несет с собой и целый комплекс свойств, приобретенных им    в    очаге    формирования.    Со своей стороны, эти его свойства влияют на погоду того района, куда поступает этот воздух. Поэтому первостепенное значение имеет измерение направления и скорости ветра.

Простейший прибор для определения направления ветра — флюгер. Он обычно состоит из легкой металлической флюгарки, которая под действием ветра поворачивается и указывает то направление, откуда дует ветер. Название ветра также указывает на его направление, так что оно до некоторой степени характеризует свойства воздуха, поступающего в данный район. Некоторые флюгеры устроены таким образом, что при вращении флюгарки они вырабатывают слабый электрический ток, который поступает на указатели, установленные в помещении метеорологической станции и позволяющие непосредственно отсчитывать направление ветра.

Направление ветра характеризуют 16-ю точками горизонта, так что запись направления может быть одной из следующих:

N, NNE, NE, ENE, Е, ESE, SE, SSE, S, SSW, SW, WSW, W, WNW, NW, NNW

Скорость ветра измеряют анемометром. В этом приборе несколько чашечек надето на вертикальную ось. Под действием ветра чашечки поворачиваются и заставляют вращаться эту ось, а ее движение в свою очередь передается на стрелки, с помощью которых производят отсчеты по шкалам прибора. В некоторых анемометрах чашечки при вращении вырабатывают слабый электрический ток. Этот ток затем тоже передается на стрелки указателей скорости ветра, находящихся в помещении станции.

Далее

Влажность воздуха измеряют различными методами. Такие величины, как удельная влажность, относительная влажность и точка росы, измеряются неодинаково. Простейшее измерение точки росы можно выполнить с помощью обыкновенной чашки, наполненной льдом. Как все мы знаем, в очень влажный день на стакане с холодной водой конденсируется пар из воздуха и мы видим, что стакан „запотевает". Температуру, при которой начинается конденсация пара, можно определить очень просто, без выполнения сложных расчетов.

Далее

Количество выпадающих осадков измеряют различными дождемерами. В одном из таких приборов используется открытый металлический држдемерный сосуд диаметром 20—25 см. Сосуд градуируется с помощью находящегося в нем стержня. Выпадающие осадки улавливаются сосудом, а выооту выпавшего слоя их легко определить по делениям измерительного стержня. Для различных специальных целей применяют дождемеры слегка измененной конструкции. Весовые дождемеры снабжены взвешивающим устройством, улавливающим выпадающие осадки и позволяющим получить сумму осадков для заданного района. Другой вариант дождемера имеет два поочередно действующих сосуда диаметром по 0,25 м каждый. Когда один сосуд наполняется, он наклоняется и собранные им осадки выливаются. Автоматически начинает действовать второй сосуд. Число сливов каждого сосуда прибор автоматически записывает. Запись количества выпавших осадков производится с помощью плювиографа. В некоторых плювиографах используется лишь один опрокидывающийся сосуд.

Далее

Изучая физические свойства атмосферы, метеорологи исследуют явления, происходящие на всех высотах. Исходные данные, используемые в этих исследованиях, были бы недостаточными, если бы они ограничивались только нижним слоем атмосферы высотой несколько сотен метров. Кроме того, долгосрочные прогнозы погоды, а также теории, относящиеся к формированию воздушных масс и к их изменениям, опираются на данные, охватывающие не только отдельные местности, но и весь земной шар, а также длительные отрезки времени.

Далее

На протяжении многих десятилетий самым распространенным методом получения данных о высоких слоях атмосферы был метод шаров-пилотов, использовавшийся  с большим успехом. Большие эластичные оболочки, наполненные газом, поднимались за счет силы плавучести, действующей на газ, и переносились воздушными течениями. Движение шара-пилота тщательно прослеживается метеорологами. В дальнейшем к шару стали подвешивать металлический отражатель, позволявший наблюдать за полетом шара с помощью радиолокатора. Эти наблюдения дополнялись визуальным прослеживанием. Шары-пилоты обычно наполняли гелием и использовали для наблюдений на разных высотах. Для этого к ним подвешивали комплекты разных метеорологических приборов, дававших непрерывную запись значений многих физических характеристик воздуха на высотах. Другие шары-пилоты имели специальный регулировочный клапан, позволявший шару удерживаться на заранее заданной высоте, что давало метеорологам непрерывный ряд наблюдений за изменениями метеорологических величин на данной высоте. Некоторые шары-зонды оставались в воздухе по нескольку месяцев. Однако в большинстве случаев они применялись лишь для непродолжительных наблюдений. Наблюдения по приборам, поднимавшимся шарами-зондами, обычно проводились до высоты 8—9 км, хотя иногда эти приборы могли работать до высоты около 20 км.

Далее

Аппаратура, поднимаемая шаром-зондом, состоит из миниатюрных электронных метеорологических приборов. Чаще всего эти приборы атмосферного давления" href="http://celinereplica.ru/page/izmereniya-atmosfernogo-davleniya">измеряют атмосферное давление, температуру и влажность воздуха. Полученные данные передаются по радио на наземную радиоприемную станцию. Пока приборы поднимаются, идет непрерывная передача данных на Землю. Затем, обычно на заранее заданной высоте, шар лопается и контейнер с приборами на парашюте опускается на Землю, после чего приборы можно использовать вновь. Такие радиозонды обычно дают точные показания до высоты около 30 км.

Далее

Во время второй мировой войны с помощью метеорологических ракет начали получать данные с гораздо более значительных высот, чем раньше. Приборы, поднятые ракетами, дают точные данные для высот от 30 до 96 км. Ракета несет также источники питания, необходимые для работы приборов. Электронная аппаратура метеорологической ракеты может измерять и передавать на Землю сведения о давлении, температуре, ветре И других свойствах воздуха, например о его плотности, воздушных течениях и приходе солнечной радиации.

Далее

В настоящее время служба погоды выполняет много видов метеорологического обслуживания, а также исследовательских работ, Помимо метеорологических наблюдений, сбора и анализа данных, решаются также и следующие задачи:

Далее

Как мы уже видели, атмосфера не однородна и свойства ее не всюду одинаковы. Наоборот, свойства воздушных масс, формирующихся в различных районах земного шара, более или менее постоянные в пределах одной массы, заметно различаются у разных масс. Из очагов зарождения воздушные массы перемещаются в районы, где условия значительно отличаются от тех, при которых формировалась данная масса.

Далее

Поскольку каждая воздушная масса сравнительно однородна, метеорологи создали классификацию, в которой выделили четыре главных типа воздушных масс, причем каждый тип подразделяется на подтипы. Классификация основана на физических свойствах рассматриваемых воздушных масс. Названия воздушным массам при классификации давались на основании климатических особенностей тех областей Земли, в которых формируются эти массы. Тем самым название каждой массы сразу дает некоторое указание на ее температуру и влажность.

Далее

Зимой основным районом формирования масс континентального полярного воздуха, поступающего на территорию США, являются северо-запад Канады и Аляска, граничащие с Северным Ледовитым океаном. Образующиеся здесь воздушные массы выхоложены путем радиационной теплоотдачи и отличаются ростом температуры с высотой, т. е. температурной инверсией. В очаге своего формирования они очень устойчивы. Их устойчивость уменьшается лишь тогда, когда они покидают этот очаг и начинают прогреваться снизу при соприкосновении с более теплой    подстилающей    поверхностью. В таких воздушных массах низкая влажность. Поступая на территорию США, они создают здесь ясную и очень холодную погоду. Перемещаясь к югу, они прогреваются и становятся более влажными, особенно в тех районах, где проходят над крупными водоемами — например, над Великими   озерами.   Приобретаемый    ими пар конденсируется—образуется облачность и выпадают осадки.

Далее

На запад США из северных районов Тихого океана поступают массы морского полярного воздуха. На востоке же очагом формирования таких воздушных масс являются районы Ньюфаундленда, полуострова Лабрадор и Гренландии. От поверхности океана воздушные массы получают значительное количество влаги. Перемещаясь летом над континентом, они прогреваются. Зимой же на западе США относительная влажность этих воздушных масс увеличивается еще и за счет охлаждения от земной поверхности. Встречая далее на своем пути горные цепи, тянущиеся вдоль западного побережья США, эти массы совершают восходящее движение, что приводит к выпадению большого количества осадков на наветренных склонах гор. Опускаясь затем по подветренным склонам, воздушные массы оказываются уже более сухими, чем были сначала. Поэтому на подветренных склонах этих гор часто отмечается „дождевая тень".

Далее

В летние месяцы небольшой очаг формирования тропической воздушной массы создается над территорией Мексики. Это теплая и очень сухая воздушная масса. В ней сильно развито турбулентное перемешивание, и когда она поступает в США, в ней быстро развивается конвекция. Сухой теплый воздух продолжает нагреваться днем, но выхолаживается в ночные часы. В такой воздушной массе удерживается теплая, сухая, ясная погода, хотя воздух при этом довольно сильно замутнен.

Основными очагами формирования морского тропического воздуха, поступающего в США, являются Мексиканский залив, Карибское море, а также субтропические широты Тихого и Атлантического океанов. Это теплые и влажные воздушные массы. Проходя над континентом зимой, они выхолаживаются и их относительная влажность заметно возрастает. Выхолаживание продолжается до тех пор, пока воздушная масса двигается на север. Ее высокая относительная влажность приводит к образованию тумана, мороси и плотной облачности вдоль побережья. Когда этот влажный воздух на западном побережье США встречает на своем пути высокие горные хребты, выпадает большое количество осадков. С Мексиканского залива и Атлантического океана зимой в США поступает теплый воздух, который по мере продвижения на север усиливает испарение влаги с земной поверхности. Поэтому чем севернее, тем чаще при охлаждении воздуха от земной поверхности образуются туманы, морось и слоистые облака. Так как зимой этот воздух значительно теплее подстилающей поверхности, то при перемещении на север он часто приносит оттепели и при выхолаживании становится причиной выпадения большого количества осадков.

Далее

Воздушные массы не застаиваются долго в одном и том же районе. Вскоре после возникновения воздушная масса начинает перемещаться из очага формирования в другие районы Земли. Перемещаясь, она перемешивается с приземным воздухом тех районов, куда поступает, и оказывает влияние на устойчивость этого воздуха. Кроме того, двигающаяся воздушная масса встречает на своем пути другие массы, т. е. между порциями воздуха с различными физическими свойствами возникает контраст. Воздушные массы, различающиеся, в частности, температурой и влажностью, значительно изменяют метеорологические условия у земной поверхности. Линия соприкосновения двух воздушных масс, т. е. линия „разрыва непрерывности" в постепенном изменении свойств этих масс, обычно называется атмосферным фронтом. Вдоль линии фронта изменяется погода, причем иногда очень сильно.

Далее

Волновая теория циклонов явилась одним из первых открытий XX в. в науке о погоде нашей планеты. Во время первой мировой войны Норвегия, отрезанная от большинства источников метеорологической информации того времени, была вынуждена разработать собственную систему крупномасштабного анализа погодообразующих процессов. При этом было сделано много важных открытий. Кроме того, в интенсивные исследования атмосферы в начале нынешнего века включились некоторые ведущие теоретики-метеорологи из других стран. Крупный теоретик В. Бьеркнес разработал волновую теорию циклонов, которая объясняла взаимодействие встречающихся воздушных масс.

Далее

Когда встречаются воздушные массы, образуется пограничная область, т. е. атмосферный фронт. Соприкасаются две воздушные массы вдоль довольно узкой наклонной фронтальной зоны. Причем более теплый воздух движется наклонно вверх — между массами возникает линия фронта длиной от 80 до 800 км. На карте погоды фронты легко обнаружить по тому, как быстро (скачком) изменяется температура воздуха. Холодный воздух располагается в нижней части воздушного клина.

Далее