气压随高度的变化.docVIP

气压随高度的变化 气压随高度的增加而递减。 一个地方的气压值经常有变化，变化的根本原因是其上空大气柱中空气质量的增多或减少。大气柱质量的增减又往往是大气柱厚度和密度改变的反映。当气柱增厚、密度增大时，则空气质量增多，气压就升高。反之，气压则减小。因而，任何地方的气压值总是随着海拔高度的增高而递减。 然而气压随高度的递减却不是均匀递减。 如图4·1所示，甲气柱从地面到l000m和从l000m到2000m，虽然都是减少同样高度的气柱，但是低层空气密度大于高层，因而低层气压 降低的数值大于高层。据实测，在地面层中，高度每升 l00m，气压平均降低12.7hPa，在高层则小于此数值。 （确定空气密度大小与气压随高度变化的定量关系，一 般是应用静力学方程和压高方程。） 1）静力学方程 假设大气相对于地面处于静止状态，则某一点的气 压值等于该点单位面积上所承受铅 直气柱的重量。见图4·2，在大气 柱中截取面积为1cm2，厚度为△Z的 薄气柱。设高度Z1处的气压为P1， 高度Z2处的气压为P2，空气密度为ρ，重力加速度为g。在静力平衡条件下，Z1面上的气压P1和Z2面上的气压P2间的气压差应等于这两个高度面间的薄气柱重量，即： P2 - P1 = -△P = -ρg（Z2 - Z1）= -ρg△Z 式中负号表示随高度增高，气压降低。若△Z趋于无限小，则上式可写成： （大气静力学方程） 上式是气象上应用的大气静力学方程。方程说明，气压随高度递减的快慢取决于空气密度(ρ）和重力加速度（g）的变化。重力加速度（g）随高度的变化量一般很小，因而气压随高度递减的快慢主要决定于空气的密度，在密度大的气层里，气压随高度递减的快，反之递减的慢。 将上式可变换为： 将状态方程 带入，得： 由上式可以看出，气压随高度的实际变化与气温和气压条件有关。称为铅直气压梯度或单位气压高度差。 对于气压随高度的变化情况，我们一般用铅直气压梯度来表示。 铅直气压梯度（单位气压高度差）：表示每升高1个单位高度所降低的气压值，即 。 ∴ 在实际工作中还经常引用单位气压高度差（h）来反映。 单位气压高度差：表示在铅直柱中气压每改变一个单位所对应的高度变化值，显然它是铅直气压梯度的倒数，即： 式中Rd=287J/Kg K为干空气的气体常数，将Rd、g值带入，并将T换成摄氏温标，则得： （4·2） 根据上式，可计算出不同气温和气压条件下的单位气压高度差。（见表3－3） 从表3-3中可以看出： ①在同一气压下，气柱的温度愈高，单位气压高度差愈大，气压垂直梯度愈小（气柱的温度愈高，密度愈小，气压随高度递减得愈缓慢）。反之，气柱温度愈低，单位气压高度差愈小，气压垂直梯度愈大。即暖区的气压垂直梯度比冷区小。 ②在同一气温下，气压值愈大的地方，单位气压高度差愈小，气压垂直梯度愈大（气压值愈大的地方，空气密度愈大，气压随高度递减得愈快）。反之，气压愈低的地方，单位气压高度差愈大，气压垂直梯度愈小。比如愈到高空，空气愈稀薄，虽然同样取上下气压差一个百帕，而气柱厚度却随高度而迅速增大。 通常，大气总处于静力平衡状态，当气层不太厚和要求精度不太高时，（4·2）式可以用来粗略地估算气压与高度间的定量关系，或者用于将地面气压订正为海平面气压。如果研究的气层高度变化范围很大，气柱中上下层温度、密度变化显著时，该式就难以直接运用，就需采用适合于较大范围气压随高度变化的关系式，即压高方程。 2）压高方程 为了精确地获得气压与高度的对应关系，通常将静力学方程从气层底部到顶部进行积分，即得出压高方程： 气压随高度的实际变化与气温和气压条件有关。在此 影响下，气压随高度的增加按指数规律递减，且在低层大 气中，气压递减的快，在高层递减的慢；在温度低时，气 压递减的快，在温度高时，气压递减的慢。 由此可见，气压和高度的关系十分密切，在一定条件下， 气压与高度之间存在着一定的对应关系。（表3—4标准大气中气压与高度的对应关系） 由于气压和高度的对应关系十分密切，因此现实生活中也常常用hPa表示海拔高度，如气象台日常工作所分析的等压面图有： 850hPa——1500m 700hPa——3000m 500hPa——5500m 300hPa——9000m 200hPa——12000m 100hPa——16000m 分别代表一定高度附近的水平气压场。 海平面气压场一般用1000hPa等压面图来代替。