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1、第卷增刊真空科学与技术学报刃年月璐创」鱿刊以汀对地球大气密度随高度分布规律的讨论薛大同兰州物理研究所,真空低温技术与物理国家级重点实验室兰州兀幻山月加妇五’加加刀公如耐肠励耐伪吧曰磁,,城耐吻尸蒯月笋如,乙刃翻切“加戚晚月妙如,,五功动‘义刃,。初口加由旧仆七祖而,山叮阮以治川户泪‘脚咖枷加翻司甲,衅加成仙记卿山饭既详面一夕男七红韭抚珑邵枷耐,汕此珑月从飞顽邝找,山川芜,】山丘,。而叩让吐从飞珊喇,山况山比统犯”秘姗皿浦苗饭记访场公以妇孚卿阴悦找犯两玩,迅记月群洲洲溉此习旋外阳曲压山川招比初,别团切吐,耳罗,一摘要以左认大气模式巴一夕臾为依据,用实例验证的方式证明了关心大气成分的数
2、密度时,玻耳兹曼能量分布律仅适用于几公里至几十公里高度以内的分子态气体。考虑重力加速度随高度变化时,用该分布律得到的无限高处大气数密度在数学形式上不为零,但从物理角度分析其值与零没有差别。忽略重力加速度随高度变化时,用该分布律得到的无限高处大气数密度在数学形式上似乎为零,但无限高处重力加速度应为零,因而不能解决无限高处大气数密度在数学形式上不为零的问题。计算大气分子总数时,积分上限只需数十公里。考虑重力加速度随高度变化时,用该分布律计算大气分子总数的积分发散,因此上限不应超过数百倍地球半径忽略重力加速度随高度变化时无此限制。达道安等人宇航学报,拓,肠卜对该分布律导出的大气密度随高度
3、分布所作的修正,不仅在数学形式上解决了无限高处大气数密度不为零的问题和计算大气分子总数的积分发散的问题,而且在有实际意义的范围内与该分布律精密吻合。关键词大气密度随高度分布大气分子总数玻耳兹曼能量分布律大气模式一男中图分类号科刀文献标识码“一仪刃增由玻耳兹受能分布律导出的大气密度后,玻耳兹曼发展了麦克斯韦的分子运动学说,证明随高度分布了在有势的力场中处于热平衡态的分子速度分布定律,即玻耳兹曼能量分布律。麦克斯韦一玻耳兹曼分年牛顿发表了万有引力定律,年麦克斯韦导出了平衡态下气体分子的速率分布定律,尔布律是对相互作用可忽略的大量同类气体分子的集收稿日期一压刀,联系人翻叨真空科学与技术学
4、报第卷合,采用概率统计的方法导出的川。玻耳兹曼能量由大气模式得到的大气密度随高度分布分布律的表达式为大气层的温度分布式戊牛大气层可以被粗略地表征为环绕地球从海平面今,气,劣,,一到大约姗玩高度的区域,其间电中性气体可以被、忍立竺为。乏盘于‘”·”,,,,‘检测。以下该大气可以被假定为均匀混合的,戈二,、,、,·,,,·为分布在速度区间叭一叭叭,而且可以被当做一种理想气体。以上该流体静力学平衡因扩散而逐渐崩溃且垂直输运变得重,一,,,叭一叭叭和位置区间一,,要。在上层大气中主要的气体种类是从,,仇,,一,一内的分子数,。为势能。。二处单位体积内所含各种速度的分子数,为分子的。按温度的
5、垂直分布可将大气层分为对流层,质量吨,为玻耳兹曼常数,二一乃从海平面直到大约,其间温度逐渐降低同温层,从直到大约,其间温度逐渐上升中,为热力学温度,。为分子的动能,。为分子的势间层,从直到大约,其间温度再次逐渐降能。低热层,从直到大约,其间温度再次逐。、告‘己·圣·圣·’渐上升而外逸层,大约在《以上,其间温度是根据万有引力定律,对于地球大气而言,若以地常数。球表面的势能为零,即地球表面分子的数密度二图给出了对年月日、世界时时、纬度、经度用大气模式一男的执。,则有行软件得到的大气温度随高度的变化,图中太阳·二腼声。二‘壳一十通量前一天和三个月平均和地磁却指数,一天是该执行软件利用已存
6、储的年月至式中‘为万有引力常数,‘一‘,砂吨一’万年月范围内太阳辐射强度和地磁活动指数一,为地球质量,俨吨,为地球平的变化信息自动给出的。均半径,。二、护,为从地球中心到所讨论位置,,的距离。‘谷一产,︸将式和式代人式,并对速度积分,得到受以习三蔺么日。﹄缸、翻功哎一刹饰’、、、州十一动式中为距地球中心处分子的数密度,二。,目,,,为位置区间一,,一,,,一图对年月日世界时时纬度于经度伊用内各种速率的分子数之和。巴巧男得到的大气温度随高度的变化上式方括号部分的积分可利用误差函数珑为如佣户对沈比亚衍得到。我们有以叨苗玲此刁今一田,如‘了、‘少、产声吨,硒吨·,二轰亢一扩“二曰,现代大
7、气模式于是现代,大气密度随高度分布的规律由大气模式鲁十一七给出。自从年苏联人造地球卫星号发射式即为由玻耳兹曼能量分布律导出的大气之后,人造卫星的轨道衰减就被用于推出大气数据。密度随高度分布。从式可以看到,随的增加第一个上层大气全球模式是由在上世而减少,呈单调函数当非常接近时,减少得十纪团年代基于理论考虑和卫星阻力数据开发的。分缓慢随着的加大,减少得越来越快。巧一模式图是以实测数据为根据的大气增刊薛大同对地球大气密度随高度分布规律的讨论模式,它描述在地球大气中从地面到热
