vignette|350px|Pression de l'air p en fonction de l'altitude h. Formule du nivellement barométrique : . vignette|350px|En noir : variation diurne de la pression atmosphérique mesurée en Allemagne en septembre 2004.

La pression atmosphérique est la pression de l'air (sur Terre) ou plus généralement du mélange gazeux constituant l'atmosphère considérée. Cette pression se traduit par une force exercée sur toute surface en contact avec elle, perpendiculaire à la surface et d'intensité proportionnelle à son aire.

C'est la gravité qui comprime l'atmosphère, de telle sorte qu'à chaque niveau la pression locale supporte le poids de la colonne d'air sus-jacente. Cette pression dépend donc de l'altitude, mais elle dépend aussi des conditions atmosphériques (circulation atmosphérique globale et vents locaux) en accord avec le théorème de Bernoulli. La pression atmosphérique au niveau de la mer est en moyenne de (ou ), soit ou par définition de cette dernière unité.

La pression atmosphérique se mesure à l'aide d'un baromètre, d'un hypsomètre ou d'un altimètre. Elle a été longtemps exprimée en (millimètres de mercure) en raison de l'emploi courant du baromètre à colonne de mercure.

Depuis l'adoption du pascal dans le Système international d'unités (SI) comme unité de la pression, les météorologues utilisent un multiple de cette unité, l'hectopascal (), qui a l'avantage de correspondre exactement au millibar utilisé auparavant : .

Historique vignette|Schéma de l'expérience de TorricelliEn hydrostatique, le poids de la colonne de mercure (P=mg) est équilibré par le poids de l'air qui appuie sur la totalité de la surface libre du mercure dans la cuve. En rapportant ces deux forces à une même unité de surface, on peut écrire que la pression qui s'exerce sur la surface du mercure contenu dans la cuve (P = P = P car le point A est au contact de l'air ambiant) est égale à la pression dans le mercure au niveau de l’ouverture du tube (P). Dans le tube de Torricelli plongeant dans un bain de mercure (de symbole Hg et de masse volumique ρ), la colonne est surmontée de vide (appelée vide de Torricelli), ou plus précisément de vapeur de mercure à la pression de vapeur saturante (à 20°C, p*(Hg) = 0,16012 Pa). Cette valeur étant négligeable au regard de la pression atmosphérique, on peut admettre que P ≈ 0. La différence de pression entre deux points B et C (situés à une hauteur telle que h - h = h) et h, situés respectivement à une profondeur h et h est donnée par la loi fondamentale de l'hydrostatique pour un fluide incompressible entre différents points :

Pour le mercure, P = , ρ = , , d'où h = . Pour l'eau ρ = et h = . Cf .

En 1638, Galilée écrit Discours et démonstrations mathématiques concernant deux nouvelles sciences, où il décrit diverses expériences, dont une conçue par Aristote qui permet de mettre en évidence le poids de l'air grâce à une bouteille contenant l'air comprimé Schéma de l'expérience de Galilée. Dans son ouvrage, le savant rapporte une observation que les fontainiers de Florence lui ont soumise sur l'impuissance où se trouvent les pompes aspirantes des fontaines à soulever l’eau au-dessus de 10 mètres. Galilée attribue cette impuissance à une cause intrinsèque, l'horreur limitée du vide, en reprenant l'idée aristotélicienne fausse de l'horror vacui (). En 1643, Torricelli, ami et disciple de Galilée, réalise une expérience qui lui permet d'attribuer l'élévation de l'eau à une cause extérieure, la pression atmosphérique, et de mesurer précisément le poids de l'atmosphère. Les expériences des hémisphères de Magdebourg réalisées par Otto von Guericke à partir de 1654 montrent que la pression atmosphérique pousse les deux demi-boules l'une contre l'autre à raison de dix tonnes par mètre carré.

Pression atmosphérique normale La pression atmosphérique réellement mesurée varie autour de la pression atmosphérique normale fixée, par définitionPression atmosphérique normale, Météo-France, comme étant, au « niveau de la mer » (niveau moyen), à la température de , de :

soit .

Autres unités hors SI

Dans les anciennes unités du Système CGS, la pression atmosphérique normale vaut :

.

Par définition du millimètre de mercure (mmHg) et du torr (Torr) qui lui est égal, la pression atmosphérique normale vaut exactement = .

Enfin la pression atmosphérique normale permet elle-même de définir une unité de pression : = .

À , la vitesse moyenne des molécules d'air à pression atmosphérique normale est d'environ () ; à , cette vitesse d'agitation atteint ().. Mais à et à la pression atmosphérique, la distance moyenne entre les molécules est de l'ordre de dix fois le diamètre de ces molécules et le libre parcours moyen de l'ordre de cent fois ce diamètre. Les molécules s'entrechoquent très souvent (chacune subit en moyenne une collision toutes les ), elles ne gardent cette vitesse que sur de très courtes distances)..

Variation verticale La pression atmosphérique diminue quand l'altitude augmente, car la masse -- et donc le poids -- de l'air sus-jacent diminue nécessairement avec la hauteur, comprimant l'air de moins en moins. La pression diminue, exponentiellement, d'un facteur 10 chaque fois que l'on s'élève de (ou de moitié à ). Il est ainsi possible d'utiliser la pression pour mesurer la hauteur, ce qui est le principe de base de l'altimètre utilisé en aéronautique et en alpinisme.

En météorologie appliquée, la pression est souvent utilisée directement comme coordonnée verticale. On parlera par exemple de la température à (une « hauteur » de) . Cette approche a des avantages techniques et elle simplifie certaines équations utilisées en météorologie.

Stabilité et instabilité

En règle générale, la pression atmosphérique diminue de moitié à environ et la température moyenne de l'atmosphère diminue de par . Cependant, ce taux n'est valable que pour une atmosphère normalisée et varie en fait selon le contenu en vapeur d'eau et l'altitude. Ces propriétés peuvent être démontrées rigoureusement si l'on fait l'hypothèse que l'atmosphère est en équilibre (bien que cela demeure une excellente approximation, cela n'est pas tout à fait vrai en pratique).

Lorsque le sol est chauffé par le Soleil, par convection, les basses couches de l'atmosphère sont réchauffées et comme l'air chaud est moins dense, l'air réchauffé va avoir tendance à s'élever grâce à la poussée d'Archimède. Si la poche d'air chaud se refroidit moins vite que l'air environnant, cette parcelle d'air va accélérer vers le haut. On est alors en présence d'une masse d'air instable. Dans le cas contraire, l'air en ascension devient plus froid que l'air environnant, le mouvement ascendant va s'interrompre et l'atmosphère est alors stable.

Le taux de refroidissement de la masse d'air en ascension peut être calculé théoriquement, ou sur un diagramme thermodynamique, par rapport à la température de l'environnement donnée par un radiosondage. Ce calcul repose sur l'hypothèse qu'il n'y a pas d'échange calorique avec l'air extérieur et que le taux de changement de température est différent si l'air est saturé ou pas. Dans le premier cas, la vapeur d'eau condensée est retirée de la masse en ascension.

Variation horizontale vignette|419x419px|Pression moyenne au niveau de la mer autour de la Terre en juin-septembre (en haut) et décembre-fevrier (en bas). Les météorologues analysent les variations horizontales de la pression atmosphérique pour localiser et suivre les systèmes météorologiques : cela permet de définir les zones de dépressions (D) (pression généralement inférieure à , ), les zones anticycloniques (A) (pression généralement supérieure à , ) et les isobares. Les dépressions et les creux barométriques sont généralement associés au mauvais temps. Les anticyclones et les crêtes barométriques sont quant à eux favorables au beau temps.

La différence de pression entre deux points de même altitude (ou gradient horizontal de pression) est également la plus importante force motrice du vent : des valeurs de ont été observées dans les cyclones tropicaux les plus violents.

Afin d'utiliser la pression pour suivre les systèmes météo et estimer la force du vent, il est nécessaire de faire concorder des mesures de pression qui ont été prises à différentes altitudes : en mer, dans les vallées, en montagne. Pour ce faire, on soumet les mesures brutes de pression à un ajustement standardisé. La valeur résultant de cet ajustement est appelée pression au niveau de la mer, ou PNM. Si l'on prend par exemple le cas d'une station située à au-dessus du niveau de la mer, l'ajustement sera effectué en estimant la pression au fond d'un trou fictif, de de profondeur, qu'on aurait creusé à la station. Plus précisément, la valeur de la PNM est fonction de la pression mesurée à la station et de la température assignée à la colonne d'air fictive. Pour cette dernière on utilise la moyenne de la température actuelle à la station et de celle mesurée douze heures auparavant. La PNM est une approximation d'une grande utilité, mais il faut se garder de lui donner toute la valeur d'une mesure physique exacte, particulièrement en terrain montagneux. La pression atmosphérique mesurée au niveau de la mer varie autour d'une valeur moyenne de .

La pression mesurée au sol est utilisée pour l'étalonnage et la validation des données en provenance d'instruments météorologiques de mesure à distance. Des mesures précises de pression sont ainsi un fondement nécessaire pour l'observation de la Terre et du climat.

Valeurs types

OuraganLes différentes classes de cyclones. de classe 5 : pression au centre inférieure à 920 hPa Ouragan de classe 4 : pression au centre comprise entre 920 et 944 hPa Ouragan de classe 3 : pression au centre comprise entre 945 et 964 hPa Ouragan de classe 2 : pression au centre comprise entre 965 et 980 hPa Ouragan de classe 1 : pression au centre supérieure à 980 hPa

Valeurs records PNM maximum : pour une station à plus de d'altitude : , à Tosontsengel (Mongolie), le . (mais l'Organisation météorologique mondiale ne reconnaît encore que au même endroit le .). Cette valeur est obtenue tenant compte de la réduction au niveau de la mer de la pression avec une hypothétique colonne d'air très importante sous la station ; pour une station sous d'altitude : , Agata, Evenhiyskiy, Russie. ; PNM minimum : , au large des Philippines, près du centre du typhon Tip, le . ; des pressions plus basses encore ont été enregistrées au sein de violentes tornades, mais ces mesures demeurent non officielles ; selon une analyse des données d'un satellite météorologique, la pression minimale de . a été estimée le à UTC au centre du cyclone Monica, lorsqu'il a frappé au nord de Maningrida, en Australie. Cette mesure est basée sur une variante améliorée de la technique de Dvorak et non une mesure directe, ce qui la rend impossible à prouver. En 2010, Stephen Durden, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, a révisé les données sur le cyclone et a publié un article montrant que la pression centrale ne devait pas avoir été plus basse que 900 à ..

Observations et expériences Expérience du verre retourné vignette|Expérience du « verre retourné ».