【正文】 6－ 3 上式指出，在等溫大氣中氣壓 是按指數(shù)規(guī)律隨高度而遞減的。由于在實(shí)際大氣中 g、 T 隨高度均有變化， R 因不同高度上空氣組成不同也略有變化，因而壓高方程只能在一定的假設(shè)條件下求得解答。 表 6－ 3 不同氣壓和溫度下單位高度氣壓差（百帕 /100米） 單位高度氣壓差 （ hPa/100m） 溫度 （ ℃ ） 氣壓 （ hPa） － 40 0 40 1000 500 － 第六章 氣壓 112 100 .25 － 表 6－ 4 不同溫度、氣壓條件下的單位氣壓高度差（米 /百帕） 單位氣壓高度差 （ 米 / hPa） 溫度 （ ℃ ） 氣壓 （ hPa） 40 20 0 20 40 1000 500 100 圖 6－ 5 空氣靜力平衡關(guān)系 2．氣壓高度方程 適用于較大范圍的氣壓高度隨高度變化的關(guān)系式是壓高方程，它的表達(dá) 式為： 00 ex p ( )ZZ gP P dzRT??? 6－ 2 式中 P0為 Z0高度處的氣壓， P 為 Z高度處的氣壓。靜力學(xué)方程在氣層不太厚和對(duì)精度要求不太高時(shí)，可以用來作近似計(jì)算。由表 6－ 2 可以看出，氣壓愈低（即高度愈高），單位氣壓高度差愈大，如在 0℃時(shí)，地面附近（約 1000hPa）的平均單位氣壓高度差為 8m/hPa，在 處（ 約 500 hPa）約為16m/ hPa，在 16Km 處（約 100 hPa）約為 80m/ hPa。即暖氣團(tuán)中氣壓隨高度的變化比冷氣團(tuán)中要慢些。 式中－ dp/dZ 稱為垂直氣壓梯度，即單位高度氣壓差。因在通常的范圍內(nèi) g 隨高度的變化是很小的，所以氣壓隨高度遞減的快慢主要 決定于ρ。式中符號(hào)表示氣壓隨高度增高而降低。 另外，氣塊本身具有重量 ρ gdXdYdZ（ρ為空氣密度， g為重力加速度， dXdYdZ為氣塊體積）。其側(cè)面受到的作用力是四周空氣加在側(cè)面的壓力，相互抵消。在大氣中任一截面為 dXdY 的垂直氣柱中取一厚度為 Dz 的小氣塊（圖 6－ 5）。壓高方程 是由靜力學(xué)方程導(dǎo)出的。氣壓隨高度遞減，但不同高度遞減的快慢程度不一樣，沒升高同樣的距離，低層氣壓降低得多，高層降低得少。 （一）氣壓隨高度的變化 任何地方的氣壓總是隨著高度增加而遞減的，這是因?yàn)楦叨扔?，空氣柱愈短，密度愈小，空氣質(zhì)量愈少的緣故。 查表 6－ 1 得 a= CP＝（ 765－ 755） ＝ 所以， QFE＝ ＋ ＝ （ hPa） 查表 6－ 2 得 H= QNH＝ ≈ （ hPa）。 Z 代表機(jī)場(chǎng)標(biāo)高，因此，對(duì)于某機(jī)場(chǎng)來說， [（ ） ]是一個(gè)常數(shù)，如以 H 表示，則： QNH＝ QFE H H 值的查算見表 6－ 2。 修正海平面氣壓的計(jì)算方法如下： 根據(jù)多元大氣的壓高 方程： P=P0（ 1γ Z/TO） g/Rγ 可以換成： P0=P[T0/（ T0 γ Z） ]g/Rγ 將標(biāo)準(zhǔn)大氣條件 11 公里以下的有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式 得 P0=P[（ ） ]（ 287 ） =P[（ ） ] 式中 P代表場(chǎng)面氣壓。 查表 6－ 1 得 a= CP＝（ 765－ 760） ≈ 所以， QFE＝ ＋ ＝ （ hPa）。 （三）將場(chǎng) 面氣壓訂正值（ CP）和本站氣壓值（ P）相加，其代數(shù)和就是場(chǎng)面氣壓（ QFE）。步驟和方法如下： （一）根據(jù)本站氣壓值從表 6－ 1 中查取單位高度氣壓值（ a） 表 6－ 1 單位高度氣壓差值表 本站氣壓 （ hPa） 單位高度氣壓差值（ hPa/米） ≥ 1013 1012－ 906 905－ 800 799－ 693 692－ 586 585－ 480 （ 二 ） 將單位高度氣壓差值代入下表，計(jì)算場(chǎng)面氣壓訂正值（ CP） CP =（ hh′ ） a 式中 h為氣壓儀的拔海高度， h′為跑道入口端最高點(diǎn)的拔海高度（見圖 6－ 3）。 六、場(chǎng)面氣壓 場(chǎng)面氣壓是指著陸區(qū)（跑道入口端）最高點(diǎn)的氣壓，簡(jiǎn)稱場(chǎng)壓，用 QFE 表示。 第六章 氣壓 108 （ 三 ） 在平均海平面上，空氣溫度 T0＝ 15℃＝ ，氣壓 P0=＝ 760 毫米汞柱＝ 1 個(gè)大氣壓，空氣密度為 克 /米 3 （四） 11Km 高度以下的氣溫直減率是 ℃ /Km。這些標(biāo)準(zhǔn)是： （ 一 ） 干結(jié)空氣，且成分不隨高度改變；平均分子量 M＝ 。 目前，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國(guó)際民航組織、世界氣象組織均采用美國(guó) 1976 年標(biāo)準(zhǔn)大氣的相應(yīng)部分作為標(biāo)準(zhǔn)大氣。 五、標(biāo)準(zhǔn)大氣 根據(jù)探測(cè)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，制定的一種比較接近實(shí)際大 氣平均狀況垂直分布特性的大氣，稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣，又稱參照（考）大氣。 （六）機(jī)場(chǎng)標(biāo)高：跑道起飛著陸區(qū)最高點(diǎn)距海平面的距離。單位為米。 （四）標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度 ：飛機(jī)距 hPa 氣壓面的垂直距離。 （二）相對(duì)高度：飛機(jī)距機(jī)場(chǎng)平面的垂直距離。選用的基準(zhǔn)面不同，表示的高度也不同。以米為單位，常用 H表示。 （ 四 ） 海平面氣壓：是指海平面高度上的氣壓 ，通常指本站氣壓訂正到海平面高度處的氣壓。 （ 二 ） 場(chǎng)面氣壓（ QFE）：是指飛機(jī)著陸地區(qū)（在跑道上）最高點(diǎn)的氣壓?！鞍倥痢奔?100 個(gè)“帕”，符號(hào)為 hPa。 在國(guó)際單位制中，壓強(qiáng)的單位是“帕斯卡”（ Pascal），簡(jiǎn)稱“帕”，符號(hào)為 Pa。因此，氣壓的單位也可以直接用水銀柱的高度 — 毫米數(shù)來表示。因?yàn)檫@一高度是任意取的，所以說任意高度上的氣壓值，等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量（見圖 61）。在這空氣箱內(nèi)，由于空氣分子的撞擊作用，產(chǎn)生內(nèi)壓力 PH ，它分別作用于此空氣箱的四壁。 在靜止的大氣中，任一高度上的氣壓值等于其單位截面積上大氣柱重 量。 按照氣體分子運(yùn)動(dòng)理論，大量運(yùn)動(dòng)著的空氣分子，連續(xù)不斷地撞擊物體表面，這種空氣分子對(duì)物體的撞擊作用，即表現(xiàn)為大氣對(duì)該物體表面所施的壓力。 氣壓是重要的氣象要素之一。第六章 氣壓 105 第六章 氣壓 第 一 節(jié) 概述 一、氣壓的概念 氣壓是作用在單位面積上的大氣壓力，稱為大氣壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱氣壓。其數(shù)值等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。氣壓隨空氣和空間的變化反映了天氣變化過程的基本特征。在空氣密度大、分子平均運(yùn)動(dòng)速度大的地方，這種撞擊作用就大，氣壓也就大。在單位截面積氣柱的任意高度（ H）處，取一厚度極薄的氣層，這氣層可看作是被一個(gè)無重量的外皮包起來的空氣箱。當(dāng)空氣箱的頂面（即 H）面處于平衡狀態(tài)時(shí)，則說明箱內(nèi)的壓力必然與作用在箱頂面上的力相等，而這個(gè)力就是空氣箱面上的大氣柱重量（ WH），所以， H 面所在高度的氣壓值，應(yīng)等于其單位截面積上所承受的大氣柱重量。 圖 6－ 1 任一高度上的氣壓值示意圖 第六章 氣壓 106 二、氣壓的單位及其換算 氣壓可以用水銀柱的高度來測(cè)量。這種單位稱為毫米水銀柱高（ mmHg），簡(jiǎn)稱毫米（ mm）。為統(tǒng)一使用單位， 1979 年世界氣象組織（ WMO）規(guī)定以“百帕”（ hectopascal）為基本單位。 按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的規(guī)定，一個(gè)“帕”的壓強(qiáng)為 1 平方米面積受到的一個(gè)牛頓力，即： 1 帕＝ 1牛 頓 /米 2 因?yàn)? 1牛頓力＝ 1千克?米 /秒 2=103克 102厘米 /秒 2＝ 105克?厘米 /秒 2＝ 105達(dá)因 所以 1 帕＝ 105 達(dá)因 /米 2＝ 105 達(dá)因 /104 厘米 2＝ 10 達(dá)因 /厘米 2 1 百帕＝ 100 牛頓 /米 2＝ 1000 達(dá)因 /厘米 2 因?yàn)?1毫巴＝ 1000 達(dá)因 /厘米 2，所以 1百帕＝ 1 毫巴 在溫度為 0℃，重力加速度為 厘米 /秒 2，水銀密度為 克 /厘米 3的條件下， 1厘米 2 面積上所受到的高為 1毫米汞柱的重量，即為 1 毫米汞柱，其值為 1333 達(dá)因 /厘米 2 或 毫巴，因此： 1 毫米汞柱高＝ ≈ 4/3毫巴≈ 4/3 百帕 1 百帕≈ 3/4 毫米汞柱高 在一些國(guó)家用英寸（ inch）汞柱高為氣壓?jiǎn)挝唬秃撩?、百帕間的換算關(guān)系為： 1inHg＝ 1inHg≈ 4/3hPa≈ 三、常用的幾種氣壓 （ 一 ） 本站氣壓：是指氣象臺(tái)、站氣壓表（或傳感器）所在高度處的氣壓。 （ 三 ） 修正海平面氣壓（ QNH）：是指場(chǎng)面氣壓按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣條件訂正到海平面的氣壓。 四、與氣壓有關(guān)的幾種高度 飛機(jī)在空中至某一基準(zhǔn)水平面的垂直距離叫飛行高度。 高度是氣象和飛行上常用的一詞，由于在各種情況下采用不同的高度概念，第六章 氣壓 107 因此，測(cè)量高度應(yīng)當(dāng)以一個(gè)基準(zhǔn)面為準(zhǔn)。其中常用的有以下幾種（見圖 6－ 2）： 圖 6－ 2 與氣壓有關(guān)的幾種高度示意圖 （一）真高度：飛機(jī)距正下方地面的垂直距離。 （三）絕對(duì)高度：飛機(jī)距海平面的垂直距離。 （五）假定零點(diǎn)高度：是一種假設(shè)的機(jī)場(chǎng)標(biāo)高，它是場(chǎng)面氣壓與標(biāo)準(zhǔn)氣壓（ hPa）之間的差值在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下所相當(dāng)?shù)母叨?。也就是說，停在跑道上的飛機(jī)，如果氣壓高度表上的指針對(duì)準(zhǔn) 1013 hPa 時(shí)，此時(shí)氣壓高度表所指示的高度，就是當(dāng)時(shí)的假定零點(diǎn)高度。 一般地說，飛機(jī)在起降時(shí)，應(yīng)掌握絕對(duì)高度；飛機(jī)在航線飛行時(shí)，應(yīng)掌握標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度。它的主要用途是作為飛行器的設(shè)計(jì)和計(jì)算以及氣壓高度表的校準(zhǔn)等。我國(guó)取美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)大氣的 30Km 以下部分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大氣。 （ 二 ） 標(biāo)準(zhǔn)海平面重力加速度 g= 米 /秒 2。 11－ 20Km 溫度不變，都是－℃，再向上至 32Km，氣溫直減率是－ 1℃ /Km。 場(chǎng)面氣壓一般利用本站氣壓，通過對(duì)氣壓儀（氣壓傳感器）的拔海高度與跑道入口端最高點(diǎn)的拔海高度之間的高度差進(jìn)行氣壓訂正。從圖 6－ 3 可以看出：當(dāng) h= h′時(shí)， CP =0， h h′時(shí)， CP 0（ 即為“－” ） ， h h′時(shí)， CP 0（ 即為“＋” ） 。如下式： QFE＝ P+CP 例：本站氣壓 百帕，氣壓傳感器拔海高度 765 米，跑道入口端最高點(diǎn)760 米 。 第六章 氣壓 109 圖 6－ 3 場(chǎng)面氣壓計(jì)算示意圖 七、修正海平面氣壓 修正海平面氣壓是場(chǎng)面氣壓按標(biāo)準(zhǔn)大氣條件訂正到海平面上的大氣壓力，用QNH 表示。 P0 就是場(chǎng)面氣壓按標(biāo)準(zhǔn)大氣條件訂正到海平面的氣壓，也就是修正海平面氣壓。 表 6－ 2 H值查算表 機(jī)場(chǎng)標(biāo)高 H值 機(jī)場(chǎng)標(biāo)高 H 值 機(jī)場(chǎng)標(biāo)高 H 值 5 100 900 10 150 1000 20 200 1100 30 250 1500 40 300 2020 第六章 氣壓 110 50 400 2500 60 500 3000 70 600 3500 80 700 4000 90 800 4500 例：本站氣壓 ，氣壓傳感器拔海高度 765 米，跑道入口端最高點(diǎn)755 米 ，機(jī)場(chǎng)標(biāo)高為 100 米。 八、氣壓隨高度和時(shí)間的變化 氣壓是千變?nèi)f化的，任何一個(gè)地方的氣壓隨著高度和時(shí)間的不同而變化。如圖 6－ 4所示，山頂乙處的氣壓就比山下甲處的氣壓低。討論氣壓隨高度得變化，一般應(yīng)用氣壓高度方程（簡(jiǎn)稱壓高方程）。 圖 6－ 4 氣壓隨高度的變化 第六章 氣壓 111 1．靜力學(xué)方程 靜力學(xué)方程表示的是：大氣在垂直方向上所受的作用力達(dá)到平衡時(shí)，氣壓隨高度變化的定量關(guān)系。假定大氣處于靜止?fàn)顟B(tài)，這一小氣塊所受到的作用是平衡的，即垂直方向或水平加速度都為零。在垂直方向上，設(shè)作用在高度 Z 處的力為 pdXdY，作用在 Z+dZ 高度處的力為（ p＋ dp） dXdY，這里 p是 Z處的壓強(qiáng)， dp是從 Z 到 Z+dZ 處的 壓力增量。 若以向上的作用力為正向（即 d和 Z軸取同一方向），則得作用于氣塊的力的平衡方程： [p（ p+dp） ]dXdY=ρ gdXdYdZ 整理后得 dp=ρ gdZ 或 dp/dZ=ρ g 6－ 1 （ 6－ 1）式就是應(yīng)用相當(dāng)廣泛的大氣靜力學(xué)方程。上式說明氣壓隨高度遞減的快慢主要決定于ρ、 g的變化。在ρ大的氣層里，氣壓隨高度遞減得快，在ρ小的氣層里，氣壓遞減得慢。從表 6－ 1 可以看出，當(dāng)氣壓一定時(shí)，溫度越高，單位高度氣壓差越小。氣象學(xué)中還常使用單位高度氣壓差的倒數(shù)－單位氣壓高度差（ H=dZ/dp）來表示垂直氣柱中氣壓相差一個(gè)單位所對(duì)應(yīng)的高度差。溫度愈高，單位氣壓高度差愈大。如果研究的氣層較厚，氣層上下溫度、密度變化顯著時(shí)，就需要用壓高方程了。（ 6－ 2）式說明隨高度的增加氣壓是按指數(shù)規(guī)律降低的。 忽略了 g 的變化和水汽的影響，假定氣溫隨高度不變的大氣稱為等溫大氣。實(shí)際大氣雖然不是等溫的，但若把大氣分成若干層次，分別求出各層的平均溫度，并將它代入等溫大氣方程，即可依次算出各層氣壓隨高度的分布情況，從而可得到整個(gè)大氣層中氣壓隨高度的分布