成都信息工程大学大气物理第二章

《成都信息工程大学大气物理第二章》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二章大气压力陈权亮蔡宏珂chenql@cuit.edu.cncaihk1221@sina.cn270182041386233行政楼223气象楼103•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，即气压垂直分布的问题。内容

2、提要①大气静力学方程和气压-高度公式②重力位势③大气模式及其压高分布④标准大气第一节大气静力学方程和气压-高度公式大气静力学方程气压-高度公式大气静力学方程•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0.001m/s2，比重力加速度约小一万倍•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

3、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大气静力学方程•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•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，空气无水平运动大气静力学方程•上下表面所受气压合力?????−?+??=−??????•重力??=????=????•气块的运动方程????−??−????=?????•静力平衡1??−=????垂直气压梯度力单位质量空气所受重力大气静力学方程•由于大

4、气在水平方向一定范围内比较均匀，因而有???=??=−????=−??????•讨论：•当??>0时，??<0，说明随高度的增加气压下降∞•?=????，任意高度的气压等于从该高度向上到大气?上界单位截面积垂直气柱的重量•密度大的气层，气压随高度的增加降低得很快，反之亦然大气静力学方程•气体状态方程和大气静力学方程结合•?将?=代入??=−????得???????=−???????•垂直气压梯度：在垂直气柱中，每改变单位高度（通常指100m）时所对应的气压差•单位气压高度差，也称气压阶：在垂直气柱中，每改变单位气压（通常指1h

5、Pa）时所对应的高度差•气压愈低（即高度愈高），单位气压高度差愈大•温度愈高，单位气压高度差亦愈大（可不考虑水汽的影响）大气静力学方程•单位气压高度差与气压和温度的关系，主要用于做海平面订正和其它一些近似估计气压温度（℃）（hPa）-40-200204010006.87.48.08.69.250013.614.816.017.218.310068.374.180.085.891.7例：某气象观测站的海拔高度为64m，若某日该测站气压为1000hPa，气温为0℃，则可算出单位气压高度差8m/hPa，于是可求得海平面气压约为10

6、08hPa•大气静力学方程针对微薄气层，若气层厚度很大，如何得到适合大范围内气压随高度变化的关系式？气压-高度公式•?对??=−???积分?????????=−???0?0?????1??ln=−???0??0??1???=?0???−????0??•此为80km以下大气压力和高度的普遍关系，称为压高公式•虚温??和重力加速度?都随高度变化，难以求出积分数值，为简化计算，引入重力位势第二节重力位势重力位势地球引力?=?+?2?重力离心力?2r2?=?ω02?+?r?0是地心引力地面值?为地球半径?是离地高度重力：保守力，功与

7、物体运动所经过的路径无关，只与运动物体的起点和终点的位置有关单位质量物体通过任意路经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（简称位势）重力位势和大地水准面•通常不考虑地球本身形状，而是假设有一个闭合曲面，叫大地水准面•在海洋上规定其与平均海平面重合，而在陆地上则规定其为海平面的延伸•大地水准面并不是圆球面，可近似地看作旋转椭球面，赤道半径比极半径约大21km•若令大地水准面上重力位势为0，则在高度z处的重力位势为??=???0•等于由大地水准面提升单位质量至高度z所做的功，即单位质量相对于大地水准面的势能，单位

8、?∙??−1位势高度•习惯上，以位势高度Z表示重力位势的大小1??=????′00•在大气物理学和海洋学中，通常用gpm（位势米）或gpkm（位势千米）表示大气高度和海洋深度•因为这样在理论上处理一些问题时比较简便，另一方面，实际工作中往往是根据探测资料计算位势高度，而不是直