Как изменяется атмосферное давление при повышении (понижении) температуры воздуха? Почему?

При повышении температуры воздуха атмосферное давление обычно понижается, а при понижении температуры — обычно повышается. Но важно понимать: это правило относится прежде всего к приземному атмосферному давлению в открытой атмосфере, а не к газу в закрытом сосуде.

Главная причина в том, что давление воздуха связано с его плотностью и с весом воздушного столба над данной поверхностью.

Когда воздух нагревается, молекулы начинают двигаться быстрее, расстояния между ними увеличиваются, воздух расширяется. Из-за расширения он становится менее плотным и более лёгким по сравнению с окружающим холодным воздухом. Такой тёплый воздух начинает подниматься вверх. В результате у поверхности земли масса воздуха над данным участком уменьшается, и поэтому атмосферное давление у поверхности падает.

Именно поэтому в тёплых областях часто формируются области пониженного давления — циклоны, термические минимумы, восходящие потоки воздуха.

Когда воздух охлаждается, молекулы движутся медленнее, воздух сжимается и становится более плотным. Холодный воздух тяжелее тёплого, поэтому он стремится опускаться вниз. У поверхности скапливается больше воздуха, увеличивается вес воздушного столба, и давление повышается.

Поэтому холодные области часто связаны с повышенным давлением — антициклонами, нисходящими потоками воздуха, ясной и устойчивой погодой.

Однако есть важное уточнение. Если взять воздух в закрытом сосуде постоянного объёма, то при нагревании давление, наоборот, возрастает, потому что молекулы быстрее движутся и сильнее ударяются о стенки сосуда. Это описывается газовыми законами: при постоянном объёме давление прямо пропорционально абсолютной температуре.

Но атмосфера — не закрытый сосуд. Воздух в ней может свободно расширяться, подниматься, перемещаться горизонтально и вертикально. Поэтому в реальных погодных условиях повышение температуры чаще приводит не к росту давления у земли, а к его снижению из-за расширения и подъёма тёплого воздуха.

Итак:

При нагревании воздуха в атмосфере:
воздух расширяется → плотность уменьшается → воздух поднимается → у поверхности давление понижается.

При охлаждении воздуха:
воздух сжимается → плотность увеличивается → воздух опускается и скапливается у поверхности → давление повышается.

Кратко можно сказать так: тёплый воздух легче и создаёт пониженное давление, холодный воздух тяжелее и создаёт повышенное давление.