Głównym elementem meteorologicznym, który jest przyczyną występowania ruchów powierza w atmosferze jest ciśnienie atmosferyczne. Atmosfera swoją masą wywiera pewien nacisk na powierzchnię Ziemi. Ciężar ten nazywa się ciśnieniem atmosferycznym.
Ciśnienie atmosferyczne jest to siła parcia, jaką swoim ciężarem wywiera słup powietrza znajdujący się nad jednostką powierzchni Ziemi. Ciśnienie atmosferyczne wyraża się w hektopaskalach (hPa). Dawniej powszechnie używaną jednostką ciśnienia były milimetry słupa rtęci (mmHg). 1hPa to 0.75 mmHg. Do pomiarów ciśnienia atmosferycznego służy barometr rtęciowy. Jest to przyrząd w kształcie zamkniętej z jednej strony szklanej rurki rurki wypełnionej rtęcią. Ponad rtęcią znajduje się próżnia. Ciśnienie atmosferyczne działające na rtęć poprzez otwarty koniec rurki powoduje jej przemieszczanie w górę lub w dół wywołując w konsekwencji zmianę wysokości słupa rtęci. Rtęć rozszerza się także pod wpływem ciepła, a więc przy różnych temperaturach temu samemu ciśnieniu będzie odpowiadać różna wysokość słupa rtęci. W związku z tym wszystkie odczyty ciśnienia atmosferycznego za pomocą tablic redukuje się do temperatury powietrza 0°C. Z racji na różne wartości siły grawitacji, działającej na rtęć w różnych szerokościach geograficznych przyjęto odczyty barometrów redukować także do 45° reskości geograficznej. Zmiany ciśnienia rejestruje aneroid. Główną częścią tego przyrządu jest sprężysta metalowa puszka w której znajduje się powietrze. Pod wpływem zmian ciśnienia atmosferycznego ulega ona odkształceniu.
Dobowy przebieg ciśnienia jest bardzo różnorodny. Tylko podczas ustabilizowanej pogody wyżowej dobowe wahania ciśnienia są regularne. W przeciągu doby ciśnienie atmosferyczne osiąga najwyższe wartości w godzinach 10:00 i 22:00, najniższe ciśnienie odnotowuje się w godzinach 4:00 i 16:00. Zmiany ciśnienia w ciągu roku analizuje się na podstawie danych pomiarowych z wielu lat. W głębi kontynentów najwyższe wartości ciśnienia obserwujemy zimą z uwagi na silne wychłodzenie lądu, oraz osiadanie ciężkiego powietrza. Latem natomiast w tych regionach występują najniższe wartości ciśnienia. Spowodowane jest to silnym nagrzaniem lądu, oraz unoszeniem się ciepłego powietrza. W pobliżu zbiorników wodnych maksimum ciśnienia obserwuje się na początku lata, gdyż powietrze nad chłodniejszymi w stosunku do lądu wodami jest cięższe. Minimalne wartości ciśnienia na tych obszarach występują natomiast w zimie. Powietrze zalegające nad cieplejszymi wodami jest wtedy lżejsze, niż nad lądem. Nad obszarami nagrzanymi wytwarza się równowaga chwiejna, która wyzwala pionowe, wznoszące ruchy powietrza. Z tego powodu nad tymi obszarami ciśnienie obniża się, a jego wyrównanie dokonuje się poprzez dopływ powietrza z obszarów chłodniejszych o niższym ciśnieniu. Nierównomierny rozkład temperatury powietrza w znacznym stopniu wpływa na rozkład ciśnienia. W strefie umiarkowanej a zwłaszcza w Europie Zachodniej dwukrotnie w ciągu roku obserwuje się najwyższe wartości ciśnienia w zimie i w lecie. Najniższe ciśnienie obserwujemy na wiosnę i w jesieni. Wartości ciśnienia atmosferycznego różnią się w zależności od szerokości geograficznej. Na szerokości 60°N w okresie zimy średnie wartości ciśnienia dla jednego miesiąca wynoszą 50hPa, natomiast na szerokości 10°N zaledwie 7hPa. Roczne wahania temperatury są także większe dla wyższych szerokości geograficznych, niż dla obszarów okołorównikowych. W okolicach biegunowych odnotowuje się najwyższe wartości ciśnienia. Ciśnienie atmosferyczne zmienia się także wraz z wysokością. Liczba cząsteczek powietrza zmienia się na różnych wysokościach. Wraz ze wzrostem wysokości zmniejsza się ilość cząsteczek powietrza, a więc ciśnienie powietrza również spada z wysokością. Przy wzroście wysokości zmienia się też ciężar i grubość warstwy atmosfery. Aby pomiary ciśnienia na różnych wysokościach były porównywalne muszą być one uniezależnione od wysokości, czyli sprowadzone do jednego poziomu. Dlatego pomiarów ciśnienia zwykło podawać się w wartościach zredukowanych do poziomu morza. Sprowadzenie ciśnienia do poziomu morza (podobnie jak to ma miejsce przy redukcji wartości ciśnienia do temperatury 0°C) polega na teoretycznym wyliczeniu, jakie byłoby ciśnienie, gdyby barometr znajdował się na poziomie morza. Do wyliczenia tej wartości stosuje się stopień baryczny, który określa wysokość jaką trzeba pokonać, aby ciśnienie zmniejszyło się, bądź wzrosło o jednostkę (1hPa). Jest to więc zmiana wysokości odpowiadająca zmianie ciśnienia atmosferycznego o 1hPa. Stopień baryczny jest odwrotnie proporcjonalny do wartości ciśnienia, oraz wprost proporcjonalny do wartości temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie stopień baryczny. Przy temperaturze 0°C jego wartość wynosi ok. 8 m zaś na wysokości 5 km - ok. 16 m. W ciepłych masach powietrza trzeba pokonać większą wysokość, by osiągnąć zmianę ciśnienia o 1hPa. Dlatego w górnych warstwach troposfery ciśnienie jest wyższe nad równikiem, niż nad biegunami. Wzrost temperatury powietrza powoduje więc spadek ciśnienia atmosferycznego, spadek temperatury powietrza natomiast powoduje wzrost ciśnienia atmosferycznego. Ciśnienie atmosferyczne spada wraz z wysokością średnio o 11,5hPa na każde 100 m. W najniższej warstwie troposfery ciśnienie zmienia się średnio o 1hPa na każde 8 metrów wysokości.
Linie o jednakowych wartościach ciśnienia to izobary. Wartości ciśnienia, które przedstawiają te linie odnoszą się do poziomu morza. Izobary są wyznaczane na podstawie średnich ciśnień i przedstawiają poziomy rozkład ciśnienia. Jeżeli linie te biegną gęsto świadczy to o wyraźnej zmianie ciśnienia na niewielkiej odległości, natomiast jeśli są rozmieszczone rzadko, wtedy obserwujemy niewielką jego różnicę. Mapy izobaryczne są to mapy, które przedstawiają rozkład ciśnienia na poziomie morza w zimie, oraz w lecie. Dają one ogólny pogląd o kształtowaniu się ciśnienia, które ma bardzo duży wpływ na kształtowanie procesów pogodowych.
Niejednakowe nagrzewanie się powierzchni Ziemi, a w konsekwencji także powietrza, powoduje że tworzą się różnice w rozkładzie ciśnienia atmosferycznego. Dzięki temu w atmosferze tworzą się układy wysokiego i niskiego ciśnienia. Układ niskiego ciśnienia, zwany także niżem atmosferycznym, lub cyklonem, to obszar, w którym ciśnienie zmniejsza się ku środkowi. Taki układ na mapie synoptycznej tworzą zamknięte izobary otaczające obszar stosunkowo niskiego ciśnienia. Na półkuli północnej wiatr wieje wokół niżu przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Układ niskiego ciśnienia rozwija się w miejscach, gdzie ciepłe i wilgotne powietrze wznosi się z powierzchni Ziemi. Powietrze znajdujące się w pobliżu centrum układu niskiego ciśnienia jest niestabilne. Jako ciepłe i wilgotne unosi się w górę, jednocześnie ochładzając się. Prowadzi to do tworzenia się chmur, oraz często opadów deszczu, lub śniegu. Na półkuli północnej wiatry wiejąc w kierunku od centrum niżu, sprowadzają chłodne powietrze na zachód i północ, zaś ciepłe na wschód i południe od niego.
Układ wysokiego ciśnienia, zwany także wyżem, lub antycyklonem, to obszar, w którym ciśnienie wzrasta ku środkowi. Jest to obszar, gdzie występują zstępujące (opadające) ruchy powietrza. Towarzyszy mu zwykle ustabilizowana, piękna pogoda. W porównaniu do układów niskiego ciśnienia, wyże zwykle zajmują większe powierzchnie, są mniej mobilne i dłużej się utrzymują. Wyże baryczne tworzą są przez ogromne masy osiadającego powietrza. Wraz z osiadaniem powietrza i wzrostem ciśnienia atmosferycznego następuje wzrost temperatury powietrza, oraz spadek jego wilgotności. Ciepłe, zstępujące powietrze powoduje występowanie równowagi stałej w atmosferze. Podczas dnia, dzięki słonecznej pogodzie powierzchnia terenu i dolne warstwy powietrza nagrzewają się silnie, w nocy natomiast dochodzi do znacznej utraty ciepła, dzięki bezchmurnemu niebu. Układy wysokiego ciśnienia charakteryzują się wysokimi dobowymi amplitudami powietrza. Ciepłe powietrze znajdujące się przy powierzchni Ziemi nie wznosi się wysoko. To powstrzymuje proces tworzenia się wysokich chmur. Z tego powodu, w obszarach występowania antycyklonów zwykle mamy do czynienia z pogodą ciepłą i bezchmurną trwającą nawet kilka tygodni. Antycyklony są o wiele większych rozmiarów, niż cyklony i mogą zablokować drogę przemieszczania się niżów. Powoduje to opóźnienie nadejścia gorszej pogody. Na półkuli północnej wiatr wieje wokół wyżu zgodnie z ruchem wskazówek zegara od centrum w kierunku peryferii. W rezultacie, przynosi on po wschodniej stronie tego układu stosunkowo chłodne powietrze z północy; zaś po zachodniej stronie sprowadza z południa stosunkowo ciepłe powietrze. W układach wysokiego ciśnienia nie występują fronty atmosferyczne.
Oprócz wyżów i niżów spotykane są także inne układy ciśnienia atmosferycznego. Jedynym z nich jest zatoka niskiego ciśnienia. Stanowi ona peryferyjną część układu niskiego ciśnienia. Tworzy ona izobary wydłużone w kształcie litery V, które wcinają się w obszar wyższego ciśnienia. Zatoka niskiego ciśnienia jest to wydłużony obszar niskiego ciśnienia atmosferycznego, w którym obserwuje się szczególnie niski poziomy gradient baryczny (zmiana ciśnienia w pewnej jednostce odległości). Zatoka może powstać w dolnych warstwach atmosfery oraz na większych wysokościach. Ma ona wtedy znaczący wpływ na przebieg pogody przy powierzchni ziemi. determinuje powstanie niżu i jego ruch oraz miejsce wystąpienia chmur i opadów, które formują po wschodniej stronie osi zatoki. Po zachodniej stronie osi zatoki powietrze jest zazwyczaj chłodniejsze i bardziej suche i wykazuje tendencję do opadania. Niż baryczny powstaje zazwyczaj po wschodniej stronie zatoki niskiego ciśnienia. Kiedy zatoka niskiego ciśnienia występuje jako obszar nie zamknięty izobarami obniżonego ciśnienia pomiędzy dwoma wyżami, wtedy przybiera formę bruzdy.
Klin wysokiego ciśnienia jest to układ, w którym wyż wkracza w obszar niższego ciśnienia i przybiera kształt litery U. Układ ten odznacza się bardzo małym gradientem barycznym. Słoneczna i sucha pogoda zazwyczaj występuje po wschodniej stronie osi klinu, podczas gdy pochmurna i parna występuje po jego stronie zachodniej. Taki stan jest spowodowany tym, że powietrze wykazuje tendencję do opadania po wschodniej stronie omawianego układu, co hamuje powstawanie i rozwój chmur. Klin wysokiego ciśnienia o dużej intensywności często przynosi bardzo duże ocieplenie latem oraz łagodną pogodę zimą. Wydłużony obszar przejściowy odznaczające się wyższym ciśnieniem pomiędzy dwoma obszarami niższego ciśnienia to wał, albo grzbiet. Dla określenia poziomych zmian ciśnienia na pewnej odległości używa się pojęcia poziomego gradientu barycznego. Określa on wartość zmiany ciśnienia na pewnej jednostce odległości, w powierzchni poziomej w kierunku największego spadku ciśnienia. Obecnie jednostką tą jest 100 km. Poziomy gradient ciśnienia mówi nam więc jaka jest różnica ciśnienia w odległości 100 km na powierzchni poziomej. Wielkość ta na mapach barometrycznych oznaczana jest wektorem, prostopadłym do izobar, skierowanym w stronę niższego ciśnienia W szerokościach umiarkowanych wynosi on G= -2hPa, natomiast w cyklonach tropikalnych jego wartości są najwyższe i sięgają kilkudziesięciu hektopaskali na 100 km. Pionowy gradient baryczny określa natomiast różnicę ciśnień w tym samym pionie w hektopaskalach na 100 m wysokości.
Najwyższą na świecie wartość ciśnienia atmosferycznego zarejestrowano 19 grudnia roku 2001 w miejscowości Tosontsengel w Mongolii. Ciśnienie atmosferyczne wyniosło wtedy 1086hPa. Najniższe ciśnienie atmosferyczne, wynoszące 870hPa, spowodowane przejściem tajfunu Tip, zanotowano 12 października 1979 roku na Pacyfiku.
Zmiana wartości ciśnienia atmosferycznego wpływa także niekorzystnie na dla zdrowia człowieka. Spadek, bądź wzrost ciśnienia przekraczająca 8hPa z dnia na dzień znacznie obniża samopoczucie. Różnice te występują na ogół przy przechodzeniu frontów atmosferycznych. Najbardziej aktywne pod tym względem są fronty chłodne, którym oprócz zmian ciśnienia towarzyszy także spadek temperatury powietrza. Wpływa on niekorzystnie na funkcjonowanie układu krążenia. Podobnie oddziaływają burze ponieważ silnie oddziałają one na układ nerwowy człowieka. Burze także często towarzyszą chłodnym frontom.
- Ciśnienie atmosferyczne