Атмосфера тисне на земну поверхню і всі, хто в атмосфері предмети.
Відповідно до закону Б. Паскаля, в нерухомій атмосфері тиск повітря не залежить від орієнтації поверхні, на яку вона діє, а визначається висотою поверхні. Висота відраховується від рівня моря. Під рівнем моря розуміється середній рівень вільної поверхні води в Світовому океані. визначається за тривалий період спостережень. Відомий італійський фізик і математик Е. Торрічеллі (1608 - 1647), учень Г. Галілея. винайшов ртутний барометр. З тих пір це основний прилад для вимірювання атмосферного тиску. Він використовується як еталонний і встановлюється на всіх метеорологічних станціях світової системи спостережень за погодою. У ртутному барометр вага стовпа ртуті в запаяній згори скляній трубці врівноважується вагою стовпа атмосфери від рівня барометра до верхньої межі атмосфери. Таким чином, атмосферний тиск є вага вертикального стовпа повітря, розташованого вище розглянутого рівня з підставою 1 м2.
Тиск вимірюється в паскалях (1 паскаль - це сила в 1 ньютон, яка припадає на площу 1 м2). На практиці в якості одиниці тиску зручніше використовувати сотні Паскалей, або гектопаскалях (гПа). Продовжують широко використовуватися такі позасистемні одиниці тиску, як дюйми, міліметри ртутного стовпа (мм рт. Ст.), А в деяких книгах вживаються також мілібари (мб). Середнє атмосферний тиск на рівні моря близько до 1013,3 гПа, або 760 мм
Переміщення повітря відносно земної поверхні - це вітер. Характеристиками вітру є швидкість і напрямок, звідки він дме. Напрямок визначається в румбах або градусах геодезичного азимута. Швидкість вітру змінюється від нульової при повному штилі до ураганної під час смерчів. Вона може досягати 130 м / с. Для вимірювання швидкості і напряму вітру використовується прилад - анеморумбометр, в якому в якості датчика швидкостей застосовується пропелер, а датчиком напрямку служить флюгарка, що повертає прилад в точку, звідки дме вітер. Швидкість обертання пропелера і поворот флюгарки визначають швидкість (м / с) і напрямок вітру (сторона горизонту. Звідки дме вітер).
Температуру при метеорологічних спостереженнях записують в градусах за шкалою Цельсія (t ° C). При термодинамічних розрахунках використовується абсолютна температурна шкала - шкала Кельвіна (ТК). Шкали Цельсія і Кельвіна мають різні положення початку відліку, відповідного нулю градусів. Перехід від шкали Цельсія до шкали Кельвіна простий: ТК = 273,15 + ГС
При вимірах температури необхідно, щоб Термометрична рідина прийняла температуру вимірюваного тіла, в нашому випадку - повітря. Для цього термометри завадять в спеціальні метеорологічні будки з жалюзійними вертикальними стінками, через які повітря вільно проходить і омиває термометр. Разом з тим термометр захищений від падіння прямих сонячних променів, і нагрівання термометра виключається. Таким чином, він приймає температуру повітря.
Присутність водяної пари робить повітря вологим. Водяна пара, як і будь-який газ, володіє власним тиском, яке разом з тиском сухого повітря становить атмосферний. Парціальний тиск водяної пари (власне тиск пара) характеризує вологість повітря і вимірюється в тих же одиницях, що і атмосферний (гПа). Максимальний тиск водяної пари залежить від температури і називається насичує. Якщо волога продовжує потрапляти в атмосферу, а тиск водяної пари одно що насичує, відбувається конденсація або сублімація водяної пари, і утворюються крапельки води або кристали льоду. Ставлення фактичного парціального тиску до насичує при даній температурі називається відносною вологістю і виражається у відсотках. Відносна вологість змінюється від нуля для сухого повітря до 100% при насиченій водяній парі. Вимірювання відносної вологості повітря проводять гігрометром - приладом, в якому використовується знежирений людську волосину, що має властивість змінювати довжину в залежності від вологості: подовжуватися у вологому повітрі і зменшуватися в сухому.
Найбільш вологе повітря спостерігається в приземному шарі в екваторіальному поясі. При видаленні від темної поверхні вологість повітря в безхмарним атмосфері стрімко зменшується. Так, в шарі атмосфери на висоті від 0 до 2 км міститься близько 55% усієї кількості водяної пари, а в шарі на висоті від 0 до 5 км - 90%. У стратосфері кількість водяної пари становить десяті або навіть соті частки відсотка від усього вмісту вологи в атмосфері.
Хмари - це скупчення дрібних крапельок води або кристалів льоду, що плавають в повітрі і видимих людським оком. Краплі і кристали настільки малі, що їх вага майже врівноважується тертям об повітря. Коли такі скупчення утворюються у поверхні землі, вони називаються туманом. Швидкість падіння крапель в нерухомому повітрі дорівнює кільком міліметрів в секунду, а швидкість падіння кристалів ще менше. Існуючі в атмосфері вертикальні руху повітря перешкоджають випаданню крапельок і кристалів з хмар, і вони тривалий час плавають у повітрі, захоплюючись повітряними потоками і зміщуючись то вгору, то вниз. При певних умовах краплі і кристали починають рости і стають настільки важкими, що вже не утримуються в хмарі і випадають у вигляді опадів. В інших випадках, коли відносна вологість повітря стає менше 100%, краплі і кристали випаровуються і хмари розсіюються.
Для утворення хмар потрібно, щоб пара, що міститься в повітрі, досяг насичення. При підйомі пара охолоджується, конденсується, і утворюються дрібні крапельки води і кристали. Це і є хмари. Якщо хмари складаються тільки з крапель води і пара, то їх називають водяними, якщо з пара і кристалів льоду - кристалічними. А змішані хмари включають і водяна пара, і краплі води, і кристали. Всі хмари, за невеликим винятком, утворюються на різних висотах в тропосфері і приймають різні форми, які відображають характер повітряних течій, що несуть ці хмари. Така хмарність, яку ми спостерігаємо з Землі в межах видимого горизонту, т. Е. В межах радіусом приблизно 5 км. З запуском штучних супутників Землі з'явилося нове засіб стеження за хмарністю. Телевізійні та інфрачервоні знімки хмар, одержувані з штучних супутників Землі, дозволяють спостерігати хмарні системи, їх розвиток, переміщення, безперервні зміни на величезних просторах. Саме чудове, що хмарні системи фронтів, побудовані синоптиками теоретично, на основі спостережень із Землі за хмарами, були блискуче підтверджені, коли стало можливо спостерігати ці системи із супутників. Крім того, супутникові зображення відкрили багато нових хмарні скупчення розміром від 20 до 200 км і підтвердили правильність класифікації хмар, створеної за спостереженнями із Землі. Хмари роблять видимими руху повітря і процеси, що відбуваються в повітряних потоках. З цієї причини в метеорології приділяється велика увага формам хмар і їх класифікації. Для того щоб спостерігачі в усьому світі на метеорологічних станціях однаковим чином визначали форми хмар, створені Міжнародна класифікація хмар і Атлас хмар, прийняті Всесвітньою метеорологічною організацією.
Перш за все, хмари поділяють по висотним верствам, так званим ярусах, а потім по їх будові і формі. У найбільш високому і найхолоднішому верхньому ярусі від 6 до 13 км (про полярних широтах - від 3 до 8 км; в тропічних - від 6 до 18 км) утворюються кристалічні хмари: перисті, перисто-купчасті і купчасто-шаруваті.
Перисті хмари схожі на окремі нитки, кігтики, коми. Високо-купчасті хмари нагадують дрібні кульки і баранці, а перисто-шаруваті представляють собою тонку білу пелену, застеляють все небо або частина його. Перисті хмари напівпрозорі і мало затінюють сонячне світло.
В середньому ярусі (від 2 до 7 км - в помірних широтах; від 2 до 4 км - в полярних і від 2 до 8 км - в тропічних широтах) існують тільки дві форми хмар - високо-шаруваті і високо. Високо хмари представляють собою молочно-сірий хмарний покрив, застеляли весь небосхил або частина його.
Через менш щільні його ділянки можуть просвічувати Сонце і Місяць, але тільки у вигляді розмитих плям. Через більш щільні, зазвичай сірі ділянки. Сонце і Місяць не просвічує. Ці хмари змішані. Високо ж хмари виглядають як система хмарних гряд, що складаються з овалів в основному білого кольору, але з сірими підставами. Вони затінюють Сонце, але їх товщина невелика. По краях овалів іноді спостерігається райдужна забарвлення. Високо-купчасті хмари завжди водяні. У нижньому ярусі (на всіх широтах до 2 км від землі), розрізняють три форми хмар: шарувато-дощові, шарувато-купчасті і шаруваті.
Шарувато-дощові - це щільні свинцеві або темно-сірі хмари, з яких обов'язково випадають опади: йде або буря дощ, або буря сніг. Сонце і Місяць крізь них не просвічують. Шарувато-дощові - це змішані хмари.
Шарувато-купчасті хмари представляють собою довгі пасма хмар, що складаються з потужних світло-сірих опалою з сірими підставами, між якими або просвічує небо, або тонка біла хмарність, єднальна вали.
Шаруваті хмари - це однорідний сірий шар щільних хмар, з яких ні дощ, ні сніг не випадає. Іноді може йти мряка. І шаруваті, і шарувато-купчасті хмари - водяні.
Опади - це дощ, мряка, сніг, сніжна і крижана крупа, град, що випадають з хмар на земну поверхню. Вимірюються опади у міліметрах шару води, що випала на поверхню. Коли говорять, що випало 10 мм опадів, це означає, що шар води, покрив земну поверхню, мав би товщину 10 мм, якби вода не стікала, що не випаровувалася і не просочувалася в грунт. Неважко здогадатися, що 10 мм опадів - це 10 кг води, що випала на I м ». Опади вимірюються простими приладами - дощомірами. Дощомір - це циліндричний відро, в якому накопичуються опади протягом 6 або 12 ч. До відру додається дождемерний стакан, який дозволяє вимірювати випали опади у міліметрах шару води на квадратний метр. У разі твердих опадів (сніг, град) їх попередньо перетворюють на воду (розтоплюють). Крім того, товщину шару снігу, що випав визначають за допомогою снегомерной рейки.
У помірних широтах опади йдуть тільки зі змішаних хмар. Це відбувається тому, що в змішаних хмарах, де є сусідами водяна пара, краплі води і кристалики льоду, створюються умови для зростання кристаликів. Відомо, що тиск насиченої водяної пари над водою більше, ніж треба льодом, тому в змішаному хмарі насичений для крапельок води водяна пара виявляється перенасиченим для крижаних кристалів, внаслідок чого водяна пара конденсується на кристаликах. При цьому водяна пара стає ненасиченим по відношенню до крапель води, і вони починають випаровуватися. У змішаному хмарі відбувається перегонка водяної пари з крапель на кристали льоду. Після того як краплі і кристали льоду виростають до 20 - 60 мкм основну роль D їх укрупнення починає грати процес злиття (коагуляції) хмарних елементів, якому сприяють як зіткнення, так і хаотичне (турбулентний) та броунівський руху, завжди існуючі в хмарі. Найбільш швидко процес укрупнення хмарних елементів відбувається при сильних вертикальних рухах всередині хмари. При швидкому підйомі повітря різко знижується температура, створюється велика перенасичення водяної пари не тільки над кристалами льоду, а й над краплями, які також можуть рости. Потім краплі і кристали, підняті на велику висоту висхідним потоком, падаючи, проходять велику товщу хмари. В результаті злиття і пріморажіванія кристалами переохолоджених водяних крапель хмарні елементи виростають до таких великих розмірів, що вони вже не здатні утримуватися в хмарі і випадають на землю. Таким чином, якщо температура в шарі під хмарою нижче нуля, то йде сніг, а якщо вище нуля - дощ.
Є такі непокірні хмари, які не дотримуються ярусів: вони утворюються внизу, потім простягаються на всю висоту тропосфери. Це купчасто-дощові хмари. Всім знайомі щільні з різко окресленими контурами сліпучо-білі водяні хмари, що піднімаються вгору у вигляді куполів з сірими горизонтальними підставами. Їх гряди з прорізами ясного неба - ознака гарної погоди в помірних широтах, але за певних умов в тропосфері купчасті хмари починають швидко рости вгору, нашаровуючись, купол над куполом і розширюючись по площі. За лічені хвилини вони охоплюють всю тропосферу, і їх верхні частини приймають волокнисту перістообразную структуру. Хмара стає купчасто-дощових. Перістообразная структура свідчить про те, що у верхній частині утворилися кристали і хмара стало змішаним. З купчасто-дощових хмар випадають зливи, іноді град, з ними пов'язані електричні явища - блискавки і грім, тому часто купчасто-дощові хмари називають грозовими, а також зливовими.