Hur mäts lufttryck?

Vid SMHI mäts lufttrycket numera nästan uteslutande automatiskt. Men fram till 1990-talet mättes lufttrycket vanligtvis manuellt med hjälp av kvicksilverbarometrar.

Elektroniska lufttryckssensorer

Vid SMHIs automatiska stationer mäts lufttrycket med en liten elektronisk sensor. Denna innehåller ett kiselmembran som ändrar läge vid lufttrycksförändringar. Detta resulterar i en ändring av kapacitansen i en kondensator. Ändringen i kapacitansen omvandlas sedan till ett värde på lufttrycket.

Vid Försvarsmaktens stationer och vid statliga och kommunala flygplatser mäts lufttrycket på likartat sätt. Vid Trafikverkets stationer mäts inte lufttryck.

Den enda station där det görs manuell avläsning av lufttrycket är Stockholms observatorium. Avläsningen görs på ett elektroniskt instrument som ersatte kvicksilverbarometern på 1990-talet.

Kvicksilverbarometrar

Kvicksilverbarometer
Äldre barometer som anger lufttrycket i millimeter kvicksilver (mm Hg). På bilden är barometern liggande, men vid användning hänger den lodrätt.
Förstora Bild

En välskött kvicksilverbarometer ger ett mycket bra värde på lufttrycket. Vid varje avläsning krävs dock vissa korrektioner, vilket ökar risken för fel.

Det främsta skälet till att kvicksilverbarometrarna kom ur bruk under 1990-talet var dock en strävan att av miljöskäl fasa ut användningen av kvicksilver i samhället.
 

Funktion

En kvicksilverbarometer består i princip av ett U-format rör fyllt med kvicksilver. Den ena röränden är tillsluten och lufttom. Den andra röränden är öppen och påverkas därmed av det tryck som luften utövar.

Ju högre lufttryck desto mer kvicksilver pressas upp i den lufttomma röränden. Genom att avläsa kvicksilverpelarens längd får man ett mått på lufttrycket, därav den gamla måttenheten millimeter kvicksilver.

I princip skulle det gå att i stället för kvicksilver använda vatten eller någon annan vätska i barometern. Men eftersom vatten är cirka 13 gånger lättare än kvicksilver, så skulle barometern i motsvarande grad behöva vara cirka 13 gånger längre, det vill säga ungefär 10 meter. Detta vore alltför otympligt i de flesta sammanhang.



 

Temperaturkorrektion

Kvicksilverpelarens längd påverkas förutom av lufttrycket även av två andra faktorer.

Den ena faktorn är kvicksilvrets temperatur. Kvicksilverpelaren (och även barometerns mätskala) utvidgas med stigande temperatur. För att göra en korrektion för temperaturutvidgningen avläses en termometer på barometern. Man gör därefter en korrektion av kvicksilverpelarens längd så att den motsvararar den längd pelaren skulle ha haft vid 0°C. Utan denna korrektion så skulle en grads förändring i kvicksilvrets temperatur ge en förändring på cirka 0,15 hPa av det beräknade lufttrycket.

Tyngdkraftskorrektion

Den andra faktorn som man måste kompensera för är variationer i tyngdkraften. Tyngdkraften vid jordytan ökar från ekvatorn mot polerna. Med ökande tyngdkraft krävs en kortare kvicksilverpelare för att balansera ett givet lufttryck. Ett lufttryck avläst på kvicksilverbarometer måste därför korrigeras för detta.

Kvicksilverpelarens längd korrigeras till att motsvara den längd som pelaren skulle ha haft vid normal tyngdkraft, vilket ungefär motsvarar den vid 45° nordlig bredd. Utan denna korrektion skulle en avläsning vid normalt lufttryck ge ett cirka 0,8 hPa högre värde i sydligaste Sverige jämfört med nordligaste Sverige.

För några stationer har man använt en gravimetriskt uppmätt lokal tyngdkraft för att göra denna korrektion. Men för de flesta stationer har man teoretiskt beräknat den lokala tyngdkraften med trigonometriska formler.
 

Barograf

Ett instrument som liksom kvicksilverbarometern numera huvudsakligen är ett museiföremål är barografen.

I barografen mäts lufttrycket med aneroiddosor, det vill säga metalldosor som pumpats lufttomma och därför utvidgas eller dras ihop vid förändringar i lufttrycket. Dosornas utvidgning eller sammandragning överförs till en penna som ritar en kurva på ett registreringspapper. Papperet är fäst på en cylinder vars urverk vrider den runt, vanligtvis ett varv per vecka.
 

Lufttryckstendens

Barografens noggrannhet är i allmänhet något sämre än en kvicksilverbarometers. Barografen har därför främst använts för att beräkna lufttryckstendensen.

Lufttryckstendensen är förändringen av lufttrycket under en tidsperiod på vanligtvis tre timmar. Även förändringens förlopp rapporteras (till exempel stigande, sedan fallande). Observera att det är förändringen i stationstryck och inte trycket reducerat till havsnivå (se nästa avsnitt) som avgör lufttryckstendensens storlek.

Vid automatiska väderstationer sker beräkningen av lufttryckstendensen i stationens mjukvara.
 

Reduktion av lufttrycket till havsytans nivå

Det lufttryck som registreras av en väderstations barometer kallas stationstryck. På grund av lufttryckets avtagande med höjden så kan två närbelägna väderstationer uppvisa ganska stora skillnader i stationstryck, om det är stor skillnad i höjd mellan stationernas barometrar.

Därför är det inte så meningsfullt att använda det direkt uppmätta lufttrycket på en väderkarta. Man vill helst ha en karta som visar det lufttryck man skulle få om alla stationer legat på samma höjd. Ett naturligt val är att försöka korrigera mätningarna så att de motsvarar havsytans nivå. Ofta använder man ordet reduktion i stället för korrektion till havsytans nivå.

Att utföra en sådan anpassning av lufttrycket helt perfekt är i princip omöjligt, eftersom det egentligen handlar om att bestämma tyngden av en luftpelare som inte finns. Men om stationen inte befinner sig på alltför hög höjd över havet och temperaturfördelningen med höjden inte avviker alltför mycket från den normala, så går det att få riktigt bra resultat.

Någon internationellt antagen metod att göra korrektion av lufttrycket till havsytans nivå finns faktiskt inte, så olika varianter används av olika väderinstitut. Problemet är störst i samband med temperaturinversioner. Då har man mycket kallt närmast marken och ett antagande om ett normalt temperaturavtagande med höjden skulle resultera i en mycket kall och därmed tung luftpelare.

Sverige och Norge använder något olika korrektionsmetoder och vintertid kan man ibland se ganska markanta skillnader i lufttryck på var sin sida om svensk-norska gränsen.

För den som tycker om formler

För närvarande använder SMHI följande formel för att korrigera lufttrycket till havsytans nivå.

QFF=P*exp(H*B/T1)

QFF=lufttrycket reducerat till havsytans nivå
P=lufttrycket avläst på stationens nivå (stationstryck)
H=barometerns höjd över havet i meter
B=0.034163*(1-0.0026373*cos(2L))
L=stationens latitud i grader
T1=0.535*T+275.6 om -7°C<=T<2°C
T1=0.500*T+275.0 om T<-7°C
T1=1.07*T+274.5, om T>=2°C
T=lufttemperaturen i °C
 

Stationer på hög höjd

De råd och riktlinjer som utfärdats av WMO sätter ingen definitiv gräns för hur högt belägen en station får vara för att lufttrycket ska kunna korrigeras till havsytans nivå. Riktlinjerna säger bara att korrektionen måste kunna göras med 'rimlig noggrannhet'.

Vid stationer som är mycket högt belägna brukar man utifrån det registrerade lufttrycket beräkna höjden för en given trycknivå, till exempel 925, 850 eller 700 hektopascal.

I Sverige är Klövsjöhöjden (802 meter över havet) den högst belägna stationen som rapporterar lufttryck korrigerat till havsytans nivå. Lufttryck mäts även i Tarfala (1146 meter över havet), men där rapporteras endast stationstrycket.

Andra korrektioner

Det man avser att mäta vid en lufttrycksobservation är det statiska lufttrycket, det vill säga det tryck som skapas av tyngden av luftpelaren ovanför stationen.

Men i samband med blåsigt väder kan aerodynamiska effekter bidra till att det uppmätta trycket avviker något från det statiska lufttrycket.

I Sverige har vi aldrig korrigerat det uppmätta lufttrycket för dessa effekter. Men i exempelvis Island har man för vindexponerade stationer korrigerat lufttrycket med hänsyn till den rådande vindhastigheten.
 

Enheter för lufttryck

SI-enheten för tryck är pascal (eller newton per kvadratmeter). För meteorologiska tillämpningar är hektopascal den av WMO rekommenderade mätenheten. Trots att rekommendationen från WMO är mycket tydlig på den här punkten, så har det visat sig svårt att i praktiken få en enhetlig terminologi.

I USA är tum kvicksilver fortfarande en vanlig enhet. I vissa andra sammanhang lever den äldre enheten millibar kvar.

Lufttrycksenheter som använts i Sverige - Historik

Enheten millimeter kvicksilver (mm Hg) användes i den första årgången av Meteorologiska iakttagelser i Sverige 1859. Enheten användes sedan i denna publikation fram till 1937.
För att omvandla ett lufttryck angivet i millimeter kvicksilver till hektopascal ska man använda konverteringsfaktorn 1013,25/760. En ofta använd tumregel är att använda faktorn 4/3. Valet av konverteringsfaktor ger dock en avvikelse på någon tiondels hektopascal, vilket kan vara en förklaring till skillnader i rekordvärden i olika källor.

Enheten millibar (mb) började användas år 1938 i årsboken Meteorologiska iakttagelser i Sverige. Att omvandla ett lufttryck angivet i millibar till hektopascal är ytterst enkelt. Det är nämligen precis samma sak.

Enheten hektopascal (hPa) har använts av SMHI i månadsskriften Väder och Vatten sedan den började ges ut 1984. Men officiellt bytte SMHI från millibar till hektopascal den 1 januari 1986.

Tidsangivelsen för byte mellan olika lufttrycksenheter baseras främst på rådande praxis i de officiella meteorologiska årsböckerna. I andra sammanhang kan bytet ha skett tidigare eller senare.