ความกดอากาศ

          แม้ว่าอากาศจะเป็นแก๊ส แต่อากาศก็มีน้ำหนักเช่นเดียวกับของแข็งและของเหลว เราเรียกน้ำหนักของอากาศที่กดทับกันลงมาด้วยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงว่า “ความกดอากาศ” (Air pressure) ความกดอากาศจะมีความแตกต่างกับแรงที่เกิดจากน้ำหนักกดทับของของแข็งและของเหลวตรงที่ ความกดอากาศมีแรงดันออกทุกทิศทุกทาง เช่นเดียวกับแรงดันของอากาศในลูกโป่ง



ภาพที่ 1 บารอมิเตอร์ชนิดปรอท

        อุปกรณ์วัดความกดอากาศ เรียกว่า “บารอมิเตอร์” (Barometer) หากเราบรรจุปรอทใส่หลอดแก้วปลายเปิด แล้วคว่ำลงตามภาพที่ 1 ปรอทจะไม่ไหลออกจากหลอดจนหมด แต่จะหยุดอยู่ที่ระดับสูงประมาณ 760 มิลลิเมตร เนื่องจากอากาศภายนอกกดดันพื้นที่หน้าตัดของอ่างปรอทไว้ ความกดอากาศมีหน่วยวัดเป็น “มิลลิเมตรปรอท” “นิ้วปรอท” และ “มิลลิบาร์” โดยความกดอากาศที่พื้นผิวโลกที่ระดับน้ำทะเลปานกลาง มีค่าเท่ากับ 760 มิลลิเมตรปรอท (29.92 นิ้วปรอท) หรือ 1013.25 มิลลิบาร์  

  • ในปัจจุบันนักอุตุนิยมวิทยาใช้คำว่า เฮกโตพาสคาล (Hecto Pascal เขียนย่อว่า hPa) แทนคำว่า มิลลิบาร์ แต่แท้จริงแล้วทั้งสองคือหน่วยเดียวกัน 
  • 1 เฮกโตปาสคาล = 1 มิลลิบาร์ = แรงกด 100 นิวตัน/พื้นที่ 1 ตารางเมตร 
    โดยที่แรง 1 นิวตัน คือ แรงที่ใช้ในการเคลื่อนมวล 1 กิโลกรัม ให้เกิดความเร่ง 1 (เมตร/วินาที)/วินาที


ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความกดอากาศ

  • ยิ่งสูงขึ้นไป อากาศยิ่งบาง อุณหภูมิยิ่งต่ำ ความกดอากาศยิ่งลดน้อยตามไปด้วย เพราะฉะนั้น ความกดอากาศบนยอดเขา จึงน้อยกว่าความกดอากาศที่เชิงเขา
  • อากาศร้อนมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศเย็น จึงมีความกดอากาศน้อยกว่า เรียกว่า “ความกดอากาศต่ำ” (Low pressure) ในแผนที่อุตุนิยมจะใช้อักษร “L” สีแดง เป็นสัญลักษณ์ (ดูภาพที่ 2)
  • อากาศเย็นมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศร้อน จึงมีความกดอากาศมากกว่า เรียกว่า “ความกดอากาศสูง” (High pressure) ในแผนที่อุตุนิยมจะใช้อักษร “H” สีน้ำเงิน เป็นสัญลักษณ์

การเคลื่อนที่ของอากาศ

        การพาความร้อน (Convection) ในบรรยากาศ ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของอากาศทั้งแนวตั้งและแนวราบ 

    • กระแสอากาศแนวตั้ง: 
      • บริเวณความกดอากาศต่ำ (L) อากาศร้อนเหนือพื้นผิว ยกตัวขึ้นแล้วอุณหภูมิลดต่ำลง ทำให้เกิดการควบแน่นเป็นเมฆและฝน  
      • บริเวณความกดอากาศสูง (H) อากาศเย็นด้านบนมีอุณหภูมิต่ำ เคลื่อนเข้ามาแทนที่อากาศร้อนที่อยู่เหนือพื้นผิว ทำให้เกิดแห้งแล้ง เนื่องจากอากาศเย็นมีไอน้ำน้อย 
    • กระแสอากาศแนวดิ่ง: อากาศเย็นมีมวลและความหนาแน่นมากกว่าอากาศร้อน กระแสอากาศจึงเคลื่อนตัวจากหย่อมความกดอากาศสูง (H) ไปยังหย่อมความกดอากาศต่ำ (L) ทำให้เกิดการกระจายและหมุนเวียนอากาศไปยังตำแหน่งต่างๆ บนผิวโลก เราเรียกกระแสอากาศซึ่งเคลื่อนตัวในแนวราบว่า “ลม” (Wind)
ภาพที่ 2 แผนที่อากาศ



        แผนที่อากาศในภาพที่ 2 แสดงให้เห็นความแตกต่างของความกดอากาศบนพื้นผิวโลก เส้นวงรอบความกดอากาศ เรียกว่า “ไอโซบาร์” (Isobars) พื้นที่ใต้เส้นไอโซบาร์เดียวกันมีความกดอากาศเท่ากัน  และความกดอากาศระหว่างเส้นไอโซบาร์แต่ละเส้นจะมีค่าเท่ากัน ดังเช่น เส้นไอโซบาร์แต่ละเส้นจะมีค่าความกดอากาศต่างกัน  6 มิลลิบาร์ หรือ 6 hPa เป็นต้น เราเรียกแรงซึ่งเกิดจากความกดอากาศที่แตกต่างกันระหว่างเส้นไอโซบาร์ว่า "แรงเกรเดียนของความกดอากาศ" (Pressure-gradiant force)  ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากเกิดจากพื้นผิวโลกแต่ละบริเวณได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ไม่เท่ากัน อุณหภูมิและความดันขอบอากาศจึงแตกต่างกันไปด้วย เราสามารถคำนวณหาแรงเกรเดียนของความกดอากาศ โดยใช้สูตร

 แรงเกรเดียนของความกดอากาศ = ความกดอากาศที่แตกต่าง / ระยะทางระหว่างตำแหน่งทั้งสอง  

        

        ถ้าหากเส้นไอโซบาร์อยู่ใกล้ชิดกันแสดงว่า ความกดอากาศเหนือบริเวณนั้นมีความแตกต่างกันมาก หรือมีแรงเกรเดียนมาก จึงมีลมพัดแรง   แต่ถ้าเส้นไอโซบาร์อยู่ห่างกันแสดงว่า ความกดอากาศเหนือบริเวณนั้นมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย  หรือมีแรงเกรเดียนน้อย  แสดงว่ามีลมพัดอ่อน