第三章与第四章

1、第三章与第四章 第三章 大气压力(大气静力学) 3.1 大气静力学方程和气压-高度公式 3.2 大气模式及其压高公式 3.3 气压-位势高度公式 3.4 标准大气 3.5 气压的时空分布 第三章与第四章 第三章第三章 大气压力大气压力 气压是如何产生的？它在垂直方向应该是如何分布的呢？ 大气空气分子不断地做无规则的热运动，不断地与物体表面相 碰撞，宏观上，物体表面就受到一个持续的、恒定的压力。物 体表面单位面积所受的大气分子的压力称为大气压强或气压。 其大小等于单位面积上直至大气上届整个空气柱的重量。 本章研究静止或匀速垂直运动大气所受力的作用，以及在力的 作用下气压与温度、高度之间的定量关系

2、，即气压垂直分布的 问题。 第三章与第四章 3.1 大气静力学方程和气压大气静力学方程和气压-高度公式高度公式 一、大气静力学方程 二、气压-高度公式 三、大气标高 第三章与第四章 3.1 大气静力学方程和气压大气静力学方程和气压-高度公式高度公式 一、大气静力学方程 二、气压-高度公式（大气静力学方程的 应用之一） 三、大气标高（大气静力学方程的应用 之二） 第三章与第四章 静力学方程反映的是大气处于静力平衡时气压随高度变化 的规律。事实上，大气在任何时刻都处于运动状态，但除 山区以及有强烈对流运动的时候以外，空气的垂直加速度 都是很小的，一般不超过0.001米秒，比重力加速度约小 一万倍，

3、因此，在一般情况下，可将大气中的垂直加速度 忽略不计，即认为大气在垂直方向上是处于静力平衡状态。 因而，静力学的规律可以相当准确地应用于实际大气。但 对于局部地区有垂直运动发展时，应用静力学规律所得的 结果将失去它的准确性。 第三章与第四章 一、一、 大气静力学方程大气静力学方程(1) 1、静力平衡：指作用于大气铅直方向上的力只有重力和 大气压力（即垂直气压梯度力），当两者达到平衡时， 称为静力平衡。 2、方程推导： 假设：大气处于静力平衡，在水平方向温、压、湿变 化很小，等压面与等温面近于水平，且由于是静止大 气，空气无水平运动。 第三章与第四章 一、一、 大气静力学方程大气静力学方程(2)

4、 厚度为dz的单位截面积空气柱在 垂直方向的上下表面所受气压合力 dz z p dz z p pp )( ； 重力 gdzsdzgdVgmg dt d mgdzdz z P 气块的运动方程 0 静力平衡 g z P 1 单位质量空气所受单位质量空气所受 的垂直气压梯度力的垂直气压梯度力 垂直加速度 单位质量空气单位质量空气 所受重力所受重力 第三章与第四章 一、一、 大气静力学方程大气静力学方程(3) (1)gdzdP ； g z P )(zPP 由于大气在水平方向一定范围内比较均匀， 讨论： 1、当dz0时，dP 500 km 大气上界）大气上界） 1）随高度升高气温增加不显著 2）大气成分

5、可以散逸到星际空间。 第三章与第四章 二、按大气电磁特性分 地壳和大气中的放射性物质主要对低层大气的电离起作用，而 它们的作用较弱，而宇宙线和太阳紫外线辐射对高层大气起作用， 且作用较强。因此，大气中离子浓度低层低，高层高，据此分为： 中性层（60km以下) 电离层（60km以上） 1、电离层 2、磁层 起始于500km-1000km，本层内存在大量带电粒子，空气又稀薄， 粒子间碰撞稀少，所以，带电粒子的运动主要受地磁场控制。 第三章与第四章 4.2 大气质量及其垂直分布 l大气质量：5.27X1015 t l海洋质量：1.40X1018 t l地球固体部分质量：6.0X1021 t 第三章与

6、第四章 本节小结（本节小结（1） 1、通常可认为大气受到的重力和垂直方向的气压梯度力是平衡的，、通常可认为大气受到的重力和垂直方向的气压梯度力是平衡的， 即处于静力平衡状态。于是得到大气静力学方程：即处于静力平衡状态。于是得到大气静力学方程： 2、结合湿空气状态方程，可得到压高公式：、结合湿空气状态方程，可得到压高公式： 3、将单位质量的物体通过任意路径从海平面上升到某一高度克服重、将单位质量的物体通过任意路径从海平面上升到某一高度克服重 力所做的功称为重力位势，力所做的功称为重力位势， （J/kg） （gpm） z vd dz T g R PP 0 0 ) 1 exp( g dz dp z

7、dzg 0 0 g Z 第三章与第四章 本节小结（本节小结（2） 将位势高度代替几何高度，则压高公式简化成：将位势高度代替几何高度，则压高公式简化成： 气压标高、密度标高与大气标高气压标高、密度标高与大气标高 4、引入三种大气模式，得到不同情况下大气的压强随高度的分布。、引入三种大气模式，得到不同情况下大气的压强随高度的分布。 1 ) ln ( Z p H p 2 1 0 12 exp Z Z vd T dZ R g PP 2 1 ln 0 12 P P v d PdT g R ZZ 1 ) ln ( Z H 第三章与第四章 本节小结（本节小结（2） （1）等温大气）等温大气Tv=C 将将Tv

8、替换成替换成tv，ln替换为替换为lg得拉普拉斯压高方程。得拉普拉斯压高方程。 它主要用于海平面气压的订正。它主要用于海平面气压的订正。 P H ZZ PP 12 12 exp 2 1 2 1 0 12 lnln P P H P P g TR ZZ P vd 2 1 12 lg) 15.273 1 (18410 P Pt ZZ v 第三章与第四章 （2）多元大气）多元大气： （3）均质大气）均质大气： 5、对实际大气而言，空间分布状态很复杂，与高度、时间、水平对实际大气而言，空间分布状态很复杂，与高度、时间、水平 范围有关，于是规定一种大气特性随高度平均分布最接近实际范围有关，于是规定一种大气

9、特性随高度平均分布最接近实际 大气的大气模式大气的大气模式标准大气，再来讨论大气的压高分布特征。标准大气，再来讨论大气的压高分布特征。 ZTT vv 0 本节小结（本节小结（3） 1 121 0 1 2 )( lnln v v d T ZZT R g P P 0 )(1 1 21 12 g R v d P PT ZZ ZgPP 00 C 第三章与第四章 压高公式主要应用于几方面：压高公式主要应用于几方面： (1)海平面气压订正。海平面气压订正。 (2)气压测高。根据不同高度两点的气压和它们之间的平均气温，来气压测高。根据不同高度两点的气压和它们之间的平均气温，来 求两点的高度差。比如，已知山顶、山脚处的气压、气温即可求两点的高度差。比如