Атмосферное давление

Атмосферное давление , также известное как давление воздуха или барометрическое давление (по названию барометра ), — это давление внутри атмосферы Земли . Стандартная атмосфера (обозначение: атм) — это единица измерения давления, определяемая как 101 325 Па (1 013,25 гПа ), что эквивалентно 1 013,25 миллибар . ^[1] 760 мм рт. ст. , 29,9212 дюймов рт. ст. или 14,696 фунтов на квадратный дюйм . ^[2] Единица атм примерно эквивалентна среднему атмосферному давлению на уровне моря на Земле; то есть атмосферное давление Земли на уровне моря составляет примерно 1 атм.

атмосферное давление близко соответствует гидростатическому давлению, вызванному массой воздуха над В большинстве случаев точкой измерения. По мере увеличения высоты над уровнем моря уменьшается масса вышележащей атмосферы, поэтому атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Земли Поскольку атмосфера тонка по сравнению с радиусом Земли, особенно плотный атмосферный слой на малых высотах, гравитационное ускорение как функция высоты может быть аппроксимировано постоянным и мало способствует этому спаду. Давление измеряет силу на единицу площади в единицах СИ - ( паскалях 1 паскаль = 1 ньютон на квадратный метр , 1 Н/м). ²). В среднем столб воздуха площадью поперечного сечения 1 квадратный сантиметр (см ²), измеренный от среднего (среднего) уровня моря до верхней части атмосферы Земли, имеет массу около 1,03 килограмма и оказывает силу или «вес» около 10,1 ньютона , что приводит к давлению 10,1 Н/см. ² или 101 кН /м ² (101 килопаскаль, кПа). Столб воздуха площадью поперечного сечения 1 дюйм. ² будет иметь вес около 14,7 фунтов силы , что приведет к давлению 14,7 фунтов силы на дюйм. ².

Механизм

Атмосферное давление обусловлено гравитационным притяжением планеты к атмосферным газам над поверхностью и зависит от массы планеты, радиуса поверхности, количества и состава газов и их вертикального распределения в атмосфере. . ^[3]^[4] Он модифицируется вращением планет и местными эффектами, такими как скорость ветра, изменения плотности из-за температуры и изменения состава. ^[5]

Среднее давление на уровне моря

Карта, показывающая атмосферное давление в мбар или гПа.

Среднее давление на уровне моря (MSLP) — это атмосферное давление на среднем уровне моря . Это атмосферное давление, которое обычно указывается в сводках погоды по радио, телевидению, в газетах или в Интернете .

в Настройка высотомера авиации представляет собой регулировку атмосферного давления.

Среднее давление на уровне моря составляет 1013,25 гПа (29,921 дюйма рт. ст.; 760,00 мм рт. ст.). В сводках авиационной погоды ( METAR ) QNH передается по всему миру в гектопаскалях или миллибарах (1 гектопаскаль = 1 миллибар), за исключением США , Канады и Японии , где оно передается в дюймах ртутного столба (с точностью до двух десятичных знаков). . Соединенные Штаты и Канада также сообщают о давлении SLP на уровне моря , которое корректируется к уровню моря другим методом, в разделе примечаний, а не в части кода, передаваемой на международном уровне, в гектопаскалях или миллибарах. ^[6] Однако в публичных сводках погоды Канады давление на уровне моря указывается в килопаскалях. ^[7]

В примечаниях к погодным кодам США передаются только три цифры; десятичные точки и одна или две старшие цифры опускаются: 1013,2 гПа (14,695 фунтов на квадратный дюйм) передается как 132; 1000 гПа (100 кПа) передается как 000; 998,7 гПа передается как 987; и т. д. Самое высокое давление на уровне моря на Земле наблюдается в Сибири , где Сибирский антициклон часто достигает давления на уровне моря выше 1050 гПа (15,2 фунтов на квадратный дюйм; 31 дюйм рт. ст.), с рекордными максимумами, близкими к 1085 гПа (15,74 фунтов на квадратный дюйм; 32,0 дюйма рт. ст.). . Самое низкое измеримое давление на уровне моря наблюдается в центрах тропических циклонов и торнадо , с рекордно низким значением 870 гПа (12,6 фунтов на квадратный дюйм; 26 дюймов рт. ст.).

Давление на поверхность

Приземное давление — это атмосферное давление в определенном месте на земля поверхности Земли ( и океаны ) . Оно прямо пропорционально массе воздуха над этим местом.

По численным причинам атмосферные модели, такие как модели общей циркуляции (МОЦ), обычно предсказывают безразмерный логарифм приземного давления .

Среднее значение приземного давления на Земле составляет 985 гПа. ^[8] Это отличается от среднего давления на уровне моря, которое предполагает экстраполяцию давления на уровень моря для мест выше или ниже уровня моря. Среднее давление на среднем уровне моря ( MSL ) в Международной стандартной атмосфере ( ISA ) составляет 1013,25 гПа, или 1 атмосфера (атм), или 29,92 дюйма ртутного столба.

Давление (P), масса (м) и ускорение свободного падения (g) связаны соотношением P = F/A = (m*g)/A, где A — площадь поверхности. Таким образом, атмосферное давление пропорционально весу атмосферной массы на единицу площади над этим местом.

Изменение высоты

Давление на Земле меняется в зависимости от высоты поверхности, поэтому давление воздуха в горах обычно ниже, чем давление воздуха на уровне моря. Давление плавно меняется от поверхности Земли до верхней части мезосферы . Хотя давление меняется в зависимости от погоды, НАСА усреднило условия для всех частей Земли в течение всего года. С увеличением высоты атмосферное давление снижается. Можно рассчитать атмосферное давление на данной высоте. ^[9] Температура и влажность также влияют на атмосферное давление. Давление пропорционально температуре и обратно пропорционально влажности, и оба этих параметра необходимы для расчета точного значения. График справа выше, было разработано для температуры 15 °C и относительной влажности 0%.

На малых высотах над уровнем моря давление снижается примерно на 1,2 кПа (12 гПа) на каждые 100 метров. Для больших высот в тропосфере следующее уравнение ( барометрическая формула ) связывает атмосферное давление p с высотой h : ${\begin{aligned}p&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {L\cdot h}{T_{0}}}\right)^{\frac {g\cdot M}{R_{0}\cdot L}}\\&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {g\cdot h}{c_{\text{p}}\cdot T_{0}}}\right)^{\frac {c_{\text{p}}\cdot M}{R_{0}}}\approx p_{0}\cdot \exp \left(-{\frac {g\cdot h\cdot M}{T_{0}\cdot R_{0}}}\right)\end{aligned}}$

Значения в этих уравнениях:

Параметр	Описание	Ценить
час	Высота над средним уровнем моря	м
п ₀	Стандартное атмосферное давление на уровне моря	101 325 Па
л	Температурный градиент, = g / c _p для сухого воздуха	~ 0,00976 К/м
с _п	Удельная теплоемкость при постоянном давлении	1004,68506 Дж/(кг·К)
Т ₀	Стандартная температура на уровне моря	288,16 К
г	Гравитационное ускорение поверхности Земли	9,80665 м/с ²
М	Молярная масса сухого воздуха	0,02896968 кг/моль
Р ₀	Универсальная газовая постоянная	8,314462618 Дж/(моль·К)

Местное изменение

Атмосферное давление на Земле сильно различается, и эти изменения важны для изучения погоды и климата . Атмосферное давление демонстрирует суточный или полусуточный (дважды в сутки) цикл, вызванный глобальными атмосферными приливами . Этот эффект наиболее силен в тропических зонах, с амплитудой в несколько гектопаскалей и почти нулевой в полярных районах. Эти вариации имеют два наложенных друг на друга цикла: циркадный (24 часа) и полуциркадный (12 часов).

Рекорды

Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированное на Земле (выше 750 метров), составило 1084,8 гПа (32,03 дюйма рт. ст.), измеренное в Тосонценгеле, Монголия , 19 декабря 2001 года. ^[10] Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированное (ниже 750 метров), было зафиксировано 31 декабря в Агате в Эвенкийском автономном округе , Россия (66°53' с.ш., 93°28' в.д., высота: 261 м, 856 футов). 1968 год: 1083,8 гПа (32,005 дюймов рт. ст.). ^[11] Такая дискриминация обусловлена проблематичными допущениями (предполагающими стандартную погрешность), связанными со снижением уровня моря на больших высотах. ^[10]

Мертвое море , самое низкое место на Земле, расположенное на высоте 430 метров (1410 футов) ниже уровня моря, имеет соответственно высокое типичное атмосферное давление — 1065 гПа. ^[12] Рекорд давления ниже уровня моря в 1081,8 гПа (31,95 дюйма рт. ст.) был установлен 21 февраля 1961 года. ^[13]

Самое низкое неторнадическое атмосферное давление, когда-либо измеренное, составило 870 гПа (0,858 атм; 25,69 дюйма рт. ст.), установленное 12 октября 1979 года во время окончания тайфуна в западной части Тихого океана. Измерение основывалось на инструментальном наблюдении, произведенном с самолета-разведчика. ^[14]

Измерение в зависимости от глубины воды

Одна атмосфера (101,325 кПа или 14,7 фунтов на квадратный дюйм) также представляет собой давление, вызванное весом столба пресной воды высотой примерно 10,3 м (33,8 фута). Таким образом, водолаз на глубине 10,3 м испытывает давление около 2 атмосфер (1 атм воздуха плюс 1 атм воды). И наоборот, 10,3 м — это максимальная высота, на которую можно поднять воду с помощью всасывания при стандартных атмосферных условиях.

Низкое давление, например, в газопроводах , иногда указывается в дюймах водного столба , обычно записывается как манометр wc (водяной столб) или манометр wg (дюймы водного столба). Типичный бытовой прибор, использующий газ в США, рассчитан максимум на 1 ⁄ миллиметрах psi (3,4 кПа; 34 мбар), что составляет примерно 14 вес.г. Подобные метрические единицы с большим разнообразием названий и обозначений, основанных на или метрах , , сантиметрах сейчас используются реже.

Температура кипения жидкостей

Чистая вода кипит при температуре 100 °C (212 °F) при стандартном атмосферном давлении Земли. Точка кипения — это температура, при которой давление пара равно атмосферному давлению вокруг жидкости. ^[15] Из-за этого температура кипения жидкостей ниже при более низком давлении и выше при более высоком. Поэтому приготовление пищи на большой высоте требует корректировки рецептов. ^[16] или приготовление под давлением . Грубое приближение высоты можно получить, измерив температуру кипения воды; в середине 19 века этот метод использовали исследователи. ^[17] И наоборот, если кто-то хочет испарить жидкость при более низкой температуре, например, при перегонке , атмосферное давление можно снизить с помощью вакуумного насоса , как в ротационном испарителе .

Измерения и карты

Важным применением знаний о том, что атмосферное давление напрямую зависит от высоты, стало определение высоты холмов и гор благодаря надежным приборам для измерения давления. В 1774 году Маскелин подтверждал теорию гравитации Ньютона на горе Шихаллион в Шотландии, и ему нужно было точно измерить высоту по склонам горы. Уильям Рой , используя барометрическое давление, смог подтвердить определения высоты Маскелайна, причем согласие должно было находиться в пределах одного метра (3,28 фута). Этот метод стал и продолжает оставаться полезным для геодезических работ и составления карт. ^[18]

См. также

Плотность атмосферы - масса единицы объема атмосферы Земли.
Атмосфера Земли
Барометрическая формула - формула, используемая для моделирования изменения давления воздуха с высотой.
Баротравма – травма, вызванная давлением – физическое повреждение тканей тела, вызванное разницей давлений между воздушным пространством внутри или снаружи тела и окружающим газом или жидкостью.
Герметизация кабины - процесс поддержания внутреннего давления воздуха в самолете.
Кавитация - в жидкостях образуются пустоты низкого давления.
Разрушающаяся банка - алюминиевая банка сминается под действием окружающего ее атмосферного давления.
Влияние большой высоты на человека . Влияние окружающей среды на физиологию и психическое здоровье.
Область высокого давления - область с более высоким атмосферным давлением.
Международная стандартная атмосфера - модель атмосферы, таблица типичных изменений основных термодинамических переменных атмосферы (давление, плотность, температура и т. д.) с высотой в средних широтах.
Зона низкого давления - Зона с давлением воздуха ниже, чем в соседних зонах.
Метеорология - междисциплинарное научное исследование атмосферы с упором на прогнозирование погоды.
NRLMSISE-00 , эмпирическая глобальная эталонная модель атмосферы Земли от земли до космоса.
Стабильная камера - Камера, содержащая жидкость под давлением.
Давление – сила, распределенная по площади.
Измерение давления
Стандартная атмосфера (единица измерения) – единица измерения давления, определенная как 101325 Па.
Конские широты - 30–35 градусов широты к северу и югу от экватора.

Ссылки

^ «Заявление (2001)» . БИПМ . Проверено 19 марта 2022 г.
^ Международная организация гражданской авиации. Руководство по стандартной атмосфере ИКАО , Doc 7488-CD, третье издание, 1993 г. ISBN 92-9194-004-6 .
^ «Атмосферное давление (энциклопедическая статья)» . Нэшнл Географик . Архивировано из оригинала 28 февраля 2018 года . Проверено 28 февраля 2018 г.
^ «Вопросы и ответы: Давление – гравитация имеет значение?» . Кафедра физики . Университет Иллинойса Урбана-Шампейн. Архивировано из оригинала 28 февраля 2018 года . Проверено 28 февраля 2018 г.
^ Джейкоб, Дэниел Дж. (1999). Введение в химию атмосферы . Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691001852 . Архивировано из оригинала 01 октября 2021 г. Проверено 15 октября 2020 г.
^ Образец METAR CYVR, заархивированный 25 мая 2019 г. в Wayback Machine Nav Canada.
^ Текущая погода в Монреале , CBC Montreal, Канада, заархивировано из оригинала 30 марта 2014 г. , получено 30 марта 2014 г.
^ Джейкоб, Дэниел Дж. Введение в химию атмосферы. Архивировано 25 июля 2020 г. в Wayback Machine . Издательство Принстонского университета, 1999.
^ Быстрый вывод, связывающий высоту с давлением воздуха. Архивировано 28 сентября 2011 г. в Wayback Machine Портлендским государственным аэрокосмическим обществом, 2004 г., доступ 05032011.
^ Jump up to: ^а ^б Мир: самое высокое давление воздуха на уровне моря выше 750 м , Всемирный архив экстремальных погодных и климатических явлений Всемирной метеорологической организации, 19 декабря 2001 г., заархивировано из оригинала 17 октября 2012 г. , получено 15 апреля 2013 г.
^ Мир: самое высокое давление воздуха на уровне моря ниже 750 м , Всемирный архив экстремальных погодных и климатических явлений Всемирной метеорологической организации, 31 декабря 1968 г., заархивировано из оригинала 14 мая 2013 г. , получено 15 апреля 2013 г.
^ Крамер, MR; Спрингер С; Беркман Н; Глейзер М; Бублиль М; Бар-Ишай Э; Годфри С. (март 1998 г.). «Реабилитация больных ХОБЛ с гипоксией на небольшой высоте на Мертвом море, самом низком месте на Земле» (PDF) . Грудь . 113 (3): 571–575. дои : 10.1378/сундук.113.3.571 . ПМИД 9515826 . Архивировано из оригинала (PDF) 29 октября 2013 г.
^ Корт, Арнольд (1969). «Невероятное экстремальное давление: 1070 Мб». Бюллетень Американского метеорологического общества . 50 (4): 248–50. JSTOR 26252600 .
^ Крис Лэндси (21 апреля 2010 г.). «Тема: E1), Какой тропический циклон является самым сильным за всю историю наблюдений?» . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория . Архивировано из оригинала 6 декабря 2010 года . Проверено 23 ноября 2010 г.
^ Давление пара , Hyperphysical.phy-astr.gsu.edu, заархивировано из оригинала 14 сентября 2017 г. , получено 17 октября 2012 г.
^ Кулинария на большой высоте , Crisco.com, 30 сентября 2010 г., заархивировано из оригинала 07 сентября 2012 г. , получено 17 октября 2012 г.
^ Берберан-Сантос, Миннесота; Бодунов Е.Н.; Польяни, Л. (1997). «О барометрической формуле». Американский журнал физики . 65 (5): 404–412. Бибкод : 1997AmJPh..65..404B . дои : 10.1119/1.18555 .
^ Хьюитт, Рэйчел, Карта нации - биография службы разведки боеприпасов ISBN 1-84708-098-7

Внешние ссылки

Эксперименты

[1] «Заявление (2001)» . БИПМ . Проверено 19 марта 2022 г.

[ICAO-2] Международная организация гражданской авиации. Руководство по стандартной атмосфере ИКАО , Doc 7488-CD, третье издание, 1993 г. ISBN 92-9194-004-6 .

[3] «Атмосферное давление (энциклопедическая статья)» . Нэшнл Географик . Архивировано из оригинала 28 февраля 2018 года . Проверено 28 февраля 2018 г.

[4] «Вопросы и ответы: Давление – гравитация имеет значение?» . Кафедра физики . Университет Иллинойса Урбана-Шампейн. Архивировано из оригинала 28 февраля 2018 года . Проверено 28 февраля 2018 г.

[5] Джейкоб, Дэниел Дж. (1999). Введение в химию атмосферы . Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691001852 . Архивировано из оригинала 01 октября 2021 г. Проверено 15 октября 2020 г.

[6] Образец METAR CYVR, заархивированный 25 мая 2019 г. в Wayback Machine Nav Canada.

[7] Текущая погода в Монреале , CBC Montreal, Канада, заархивировано из оригинала 30 марта 2014 г. , получено 30 марта 2014 г.

[jacobs-8] Джейкоб, Дэниел Дж. Введение в химию атмосферы. Архивировано 25 июля 2020 г. в Wayback Machine . Издательство Принстонского университета, 1999.

[9] Быстрый вывод, связывающий высоту с давлением воздуха. Архивировано 28 сентября 2011 г. в Wayback Machine Портлендским государственным аэрокосмическим обществом, 2004 г., доступ 05032011.

[wmo.ASU.edu-10] Jump up to: ^а ^б Мир: самое высокое давление воздуха на уровне моря выше 750 м , Всемирный архив экстремальных погодных и климатических явлений Всемирной метеорологической организации, 19 декабря 2001 г., заархивировано из оригинала 17 октября 2012 г. , получено 15 апреля 2013 г.

[11] Мир: самое высокое давление воздуха на уровне моря ниже 750 м , Всемирный архив экстремальных погодных и климатических явлений Всемирной метеорологической организации, 31 декабря 1968 г., заархивировано из оригинала 14 мая 2013 г. , получено 15 апреля 2013 г.

[12] Крамер, MR; Спрингер С; Беркман Н; Глейзер М; Бублиль М; Бар-Ишай Э; Годфри С. (март 1998 г.). «Реабилитация больных ХОБЛ с гипоксией на небольшой высоте на Мертвом море, самом низком месте на Земле» (PDF) . Грудь . 113 (3): 571–575. дои : 10.1378/сундук.113.3.571 . ПМИД 9515826 . Архивировано из оригинала (PDF) 29 октября 2013 г.

[13] Корт, Арнольд (1969). «Невероятное экстремальное давление: 1070 Мб». Бюллетень Американского метеорологического общества . 50 (4): 248–50. JSTOR 26252600 .

[FAQ1-14] Крис Лэндси (21 апреля 2010 г.). «Тема: E1), Какой тропический циклон является самым сильным за всю историю наблюдений?» . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория . Архивировано из оригинала 6 декабря 2010 года . Проверено 23 ноября 2010 г.

[15] Давление пара , Hyperphysical.phy-astr.gsu.edu, заархивировано из оригинала 14 сентября 2017 г. , получено 17 октября 2012 г.

[16] Кулинария на большой высоте , Crisco.com, 30 сентября 2010 г., заархивировано из оригинала 07 сентября 2012 г. , получено 17 октября 2012 г.

[17] Берберан-Сантос, Миннесота; Бодунов Е.Н.; Польяни, Л. (1997). «О барометрической формуле». Американский журнал физики . 65 (5): 404–412. Бибкод : 1997AmJPh..65..404B . дои : 10.1119/1.18555 .

[18] Хьюитт, Рэйчел, Карта нации - биография службы разведки боеприпасов ISBN 1-84708-098-7

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

v т и Метеорологические данные и переменные
Общий	Адиабатические процессы Адвекция Плавучесть Скорость отклонения Молния Приземная солнечная радиация Анализ приземной погоды Видимость завихренность Ветер Сдвиг ветра
Конденсат	Облако Ядра облачной конденсации (CCN) Туман Уровень конвективной конденсации (CCL) Повышенный уровень конденсации (LCL) осаждаемая вода Осадки Водяной пар
Конвекция	Конвективная доступная потенциальная энергия (CAPE) Конвективное торможение (CIN) Конвективная неустойчивость Конвективный перенос импульса Условная симметричная неустойчивость Конвективная температура ( T _c ) Уровень равновесия (EL) Свободно-конвективный слой (FCL) спиральность индекс К Уровень свободной конвекции (LFC) Индекс подъема (LI) Максимальный уровень посылки (MPL) Объемное число Ричардсона (BRN)
Температура	Точка росы ( T _d ) Депрессия точки росы Температура по сухому термометру Эквивалентная температура ( Т _e ) Индекс погоды при лесных пожарах Индекс Хейнса Индекс тепла Гумидекс Влажность Относительная влажность (RH) Соотношение смешивания Потенциальная температура ( θ ) Эквивалентная потенциальная температура ( θ _e ) Температура поверхности моря (SST) Температурная аномалия Термодинамическая температура Давление пара Виртуальная температура Температура по влажному термометру Температура по влажному термометру Потенциальная температура по влажному термометру Холодный ветер
Давление	Атмосферное давление бароклинность Баротропность Градиент давления Сила градиента давления (PGF)
Скорость	Максимальная потенциальная интенсивность