A levegő nyomása az az erő, amelyet az adott sűrűségű és hőmérsékletű levegő gyakorol a vele érintkező felületre. Statikus esetben a légnyomás a légkör tetszőleges pontjában a pont fölött elhelyezkedő (a légkör külső határáig terjedő) légoszlop súlya. (Minél magasabbra haladunk a légkörben egy adott pont felett, annál kisebb lesz a légnyomás, hiszen egyre kevesebb levegőrészecske súlya nehezedik egységnyi felületre.)
A légnyomás mértékegysége a Pascal (Pa):
1 Pa = 1 N/m2
A meteorológiai gyakorlatban elfogadott a hektopascal (hPa) használata is:
1 hPa = 100 Pa.
A légnyomás felírható az alábbi egyenlettel:
|
|
(3-6) |
ahol ρ a sűrűség, g a nehézségi gyorsulás, h pedig a magasság. Toricelli higanykádas kísérlete alapján a higany sűrűségét, a légnyomással egyensúlyt tartó higanyoszlop átlagos magasságát, valamint a nehézségi gyorsulást tengerszintre, 45° földrajzi szélességre és 0 °C-ra vonatkoztatva a következőt kapjuk:
| |
(3-7) |
amit standard légköri nyomásnak hívunk.
Egyéb, légnyomás mértékegységek a következők:
1 bar = 100 000 Pa,
1 mbar = 100 Pa = 1 hPa,
1 mmHg (higany milliméter) = 133 Pa
1 torr = 133 Pa
1 atm = 101325 Pa
A légnyomás mérése különböző légnyomásmérőkkel (barométerekkel) történhet. Ezek lehetnek folyadékbarométerek (3.13. ábra), aneroid barométerek (3.14. ábra), vagy elektromos barométerek (3.15. ábra).
A felszíni mérésekkel kapcsolatos követelmények (WMO, 2008):
mérési tartomány: 500–1080 hPa,
pontosság: 10 Pa.
 |
3.13. ábra: Folyadékbarométer
 |
3.14. ábra: Aneroid barométer
 |
3.15. ábra: Elektromos barométer (Vaisala PTB210)
A higanyos barométerek szerkezete egy felül zárt, alul nyitott cső, amely egy folyadékkal töltött csészébe merül. A csőben levő folyadék abban a magasságban állapodik meg, amennyivel a légnyomás egyensúlyt tud tartani. A higany azért a legmegfelelőbb anyag a folyadékos légnyomásmérőkben, mert
nagy a fajsúlya (kis mennyiség is elég a légnyomás ellensúlyozására, víz esetén több mint 10 méteres csőre lenne szükség),
párolgása normál hőmérsékleti értékek mellett csekély más folyadékokhoz képest, ezért gőzei alig befolyásolják a mérőcső légüres terét,
nem tapad az üvegfalhoz (a higany felszínének domború meniszkusza van).
a.) Gay-Lussac-féle (szifon) barométer:
Ez a barométertípus egy alul U alakban meghajlított cső, melynek egyik ága zárt, a másik ága a nyitott. Mindkét ág egy-egy tartályban kiszélesesedik, ahol a higanyszint változhat. A tartály a nyitott ágban alacsonyabban, a zárt ágban magasabban van. A higanyszint magasságát leolvassuk a felső, illetve alsó tartály mellett elhelyezett skálán is. A légnyomást a kettő különbsége adja. Pontos mérés végezhető vele, de körülményes. Más barométerek hitelesítésére használják.
b.) Körtés (fix ciszternás) barométer:
Egyszerűbb, mint a Gay-Lussac-féle barométer, de pontatlanabb. Ez is egy alul U alakban hajlított cső, de a higanyszint változását csak a felső, vékony csőben olvassuk le, elhanyagolva az alsó, nagy felületű tartályban bekövetkezett szintváltozást (a nagy felület miatt itt ugyanis csak kis mértékben változik a higany szintje. A mérési hiba attól függ, hogy mekkora a barométercső és a körte keresztmetszetének aránya. (ha pl. 1:100 az arány, 10 mm süllyedés 0,1 mm emelkedést okoz a körtében, tehát 1%-os lesz a hiba)
c.) Fortin-féle barométer:
Ezzel a típussal pontosabb mérés végezhető, mint a ciszternás barométerrel. A körte helyett alul egy bőrzsák található, aminek magassága egy csavarral állítható. Az edény felső részéből egy elefántcsont tüske lóg a higany felszíne felé. A mérés kezdetekor a bőrzsák helyzetét addig kell változtatni, hogy a tüske épp érintse a higany felszínét. Ezzel megtörténik a higany szint nullára állítása. Ezután más csak a felső higany szintet kell leolvasni a skálán (3.16. ábra).
d.) Állomási (kompenzált) barométer:
A műszer készítésekor pontosan lemérik a barométer üvegcsövében és a higany tartályban elhelyezkedő higany keresztmetszetét. Ezekkel az adatokkal egy olyan kompenzált skálát szerkesztenek, amely már eleve figyelembe veszi az alsó higany szint változásait (3.17. ábra). Ezáltal könnyen kezelhetővé válik a műszer, mert csak egy értéket kell leolvasni és a mérés előtti szintezés is elkerülhető.
 |
3.16. ábra: Fortin-féle barométer
 |
3.17. ábra: Állomási (kompenzált) barométer
A légnyomásmérés során az állomási barométerekkel szemben támasztott követelmények:
a műszer pontossága időben ne változzon,
könnyen, gyorsan leolvasható legyen,
ne legyen érzékeny a szállításra,
a higany cső átmérője 8–9 mm legyen,
a higany hőmérsékletét mérő hőmérő a higannyal töltött belső csővel érintkezzék,
a higany meniszkusza ne legyen lapos,
A higanyos barométereket körültekintően kell az állomáson elhelyezni:
olyan helyiségben kell elhelyezni, ahol a hőmérséklet közel állandó,
a barométert közvetlen sugárzás nem érheti (fűtőtesttől, hőforrástól távol legyen),
rázkódástól mentes szilárd falon kell elhelyezni,
külön utasítások vonatkoznak a műszer szállítására, áthelyezésére.
A higanyos barométerek leolvasásának módszere:
először a barométer hőmérőjét kell leolvasni tized fokos pontosságban,
a műszer fémburkot gyengén meg kell kopogtatni, az esetleges tapadási megszüntetése céljából,
ezután a skála mellett található nóniuszus leolvasót kell beállítani (egész értékek, tizedek),
végül a higany szint leolvasható.
A nóniuszt a higany meniszkuszának tetejével kell egy szintre hozni. Ez adja a főosztályzatot (mm). A tizedmillimétert a nóniusznak az a rovátkája adja, amely éppen egybevág a főskála valamelyik értékével. Az így leolvasott érték lesz a nyers barométerállás.
A barométerek érzékeny műszerek. Pontos mérés végezhető velük, de annak érdekében, hogy a különböző helyeken, eltérő tengerszint feletti magasságokban végzett méréseket össze lehessen hasonlítani, a nyers barométerálláson különböző korrekciókra van szükség.
A nyers barométerállás korrekciói:
1.) Műszer korrekció:
A barométert törzsbarométerrel összehasonlítva meghatározható a műszerkorrekció. Ezt a barométerszekrényben kell kifüggeszteni.
2.) Hőmérsékleti korrekció:
A higanyszint magassága a hőmérséklet függvényében is változik, ezért hőmérsékleti korrekcióra van szükség (ez esetben 0 °C-ra redukálunk):
|
|
(3-8) |
ahol t a léghőmérséklet Celsiusban, p pedig a 1.) pont szerint már korrigált légnyomásérték. A képlet azon alapul, hogy a használatos barométereknél 614 mmHg légnyomás mellett a redukciós mennyiség épp a barométer hőmérsékletének tizede. A gyakorlatban a hőmérsékleti
korrekció táblázat segítségével történik.
3.) Nehézségi korrekció:
A nehézségi erő a földrajzi szélesség függvényében, ill. a magassággal változik, ezért a barométerállást 45°, tengerszintre, és 9,80665 m s–2-ra redukáljuk. Ezt a szélesség és magasság szerint kettős korrekciót általában állomásonként egyesítve alkalmazzák. (Magyarországon a nehézségi korrekciót nem alkalmazzák külön, az a tengerszinti redukcióban veszik figyelembe).
Ezután a kapott értéket átszámítjuk hPa-ba.
4.) Műszerszinti és tengerszinti légnyomás kiszámítása:
Az előzőekben kapott érték a műszerszinti légnyomás. A tengerszintre redukált értéket úgy kapjuk, hogy a műszerszinti értékhez hozzáadjuk azt a mennyiséget, amit a barométer alatt a tenger szintjén mérnénk, ha a teret levegő töltené ki. A tengerszinti redukcióra az egyes országok különböző korrekciókat alkalmaznak (WMO, 1968). Magyarországon a tengerszinti nyomáskorrekció az alábbi képleten alapul:
|
|
(3-9) |
ahol ps és p0 rendre az állomás szinti és a tengerszinti légnyomás, γ a függőleges hőmérsékleti gradiens, h a mérés tengerszint feletti magassága méterben, T0 a tengerszinti hőmérséklet, g a nehézségi gyorsulás, R pedig az száraz levegőre vonatkozó gázállandó (287,05 J kg–1 K–1).
Ha a mérés szintje 500 m tengerszint feletti magasság alatt történik, továbbá feltételezzük, hogy a gravitációs gyorsulás és a vertikális hőmérsékleti gradiens állandó (vagyis T0 = Ts+ γh, ahol Ts a hőmérséklet a mérés szintjén), akkor (3-9) egyenlet az alábbi módon írható:
| |
(3-10) |
ahol
|
|
(3-11) |
A nedvesség hatását figyelembe vehetjük, ha a mérés helyén mért hőmérséklet helyett a virtuális hőmérséklettel számolunk. (A virtuális hőmérséklet az a Tv hőmérséklet, amelyen a száraz levegő izobárikusan az adott T hőmérsékletű, r keverési arányú nedves levegővel megegyező sűrűséget venne fel: Tv ≈ T (1+0,609r), a keverési arányt lásd később).
A gyakorlatban, a meteorológiai állomásokon a tengerszinti korrekció is táblázatok segítségével történik.
Az elektromos barométerek a mért mennyiséget valamilyen nyomás-függő elektromos paraméterré alakítják át. A mérést ez esetben is befolyásolja a hőmérséklet, az elhelyezés és az elmozdulás (különösen tengeri állomásokon), ezért ügyelni kell a megfelelő elhelyezésre. A pontosság növelése érdekében általában több érzékelőt is használnak a műszeren belül.
Az elektromos légnyomásmérők többféle elven működhetnek. Egyik típus a szilikon szenzor. Ez egy nagyon kis méterű érzékelő, egy félvezetőben egy kis üreget képeztek ki, melyet nagyon vékony szilikon réteggel vonnak be. Ennek a vékony szilikon rétegnek a vastagsága változik a nyomásváltozás hatására. E kis mértékű változás piezoellenállással mérhető. Ezen az elven működnek a hazai gyakorlatban elterjed Vaisala elektromos barométerek is (lásd 3.13. ábra).
A különböző nyomású terek elválasztó falaira a nyomáskülönbség következtében erők hatnak. Ha az elválasztó fal rugalmas, akkor a magasabb nyomás felől benyomódik. A benyomódás mértéke arányos a levegő nyomásával. Ezen az elven alapulnak az aneroid barométerek (lásd 3.14. ábra). Az elektromos barométerek megjelenése előtt előnyük volt, hogy folyamatos mérésre is alkalmazhatók voltak légnyomásírókban (3.18. ábra). Régebben a magaslégköri méréseknél is aneroid barométereket használtak.
 |
3.18. ábra: Barográf – légnyomásíró. Vidi dobozos aneroid barométer
a.) Vidi dobozos aneroidok:
A doboz belsejéből kiszivattyúzzák a levegőt, a külső légnyomást pedig egy rugóval kompenzálják. A benyomódás mértéke megfelelő áttételekkel alkalmas regisztrátum készítésére. Az elmozdulás nagyságának növelése érdekében több vidi-dobozt (kapcsulát) kötnek sorba a légnyomásírókon (3.18. ábra).
b.) Bourdon-csöves aneroidok:
Elliptikus keresztmetszetű, ívelt cső, légmentesen leforrasztva. A külső és belső légnyomás viszonyának változásakor a cső görbülete megváltozik. Ez is köthető írószerkezethez.
A folyadékok forrása (a folyékony fázisból gőzfázisba való átmenete) a nyomás függvényében más hőmérsékleten következik be. (Azon a hőmérsékleten, ahol az adott folyadék gőzének nyomása egyenlővé válik a légnyomással, e = P) Nagyon pontos hőmérséklet meghatározást igényel. A műszer egy különleges burkolatú forraló edényből áll, amelyből a keletkező gáz úgy távozhat, hogy keresztüláramlik egy téren, ahol nagyjából egyenletes a hőmérséklet. Ebbe a gőztérbe lóg be a hőmérő. Elsősorban alacsony nyomáson alkalmazható jól, mert ott egységnyi légnyomásváltozás egyre nagyobb forráspont-változással jár.