Атмосферное давление , также известное как барометрическое давление (после барометра ), - это давление в атмосфере Земли . Стандартная атмосфера (символ: атм) является единицей давления определяется как 101,325 Па (1,013.25 гПа ; 1,013.25 мбар ), что эквивалентно 760 мм ртутного столба , 29.9212 дюймов ртутного столба , или 14.696 фунтов на квадратный дюйм . [1] Атм примерно эквивалентен среднему атмосферному давлению на уровне моря на Земле; то есть атмосферное давление Земли на уровне моря составляет примерно 1 атм.
В большинстве случаев, атмосферное давление близко приближаются к гидростатическому давлению , вызванным весомы в воздухе над измерительной точкой. По мере увеличения высоты над уровнем моря уменьшается масса вышележащей атмосферы, поэтому атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты. Давление измеряет силу на единицу площади в паскалях в единицах СИ (1 паскаль = 1 ньютон на квадратный метр , 1 Н / м 2 ). В среднем столб воздуха с площадью поперечного сечения в 1 квадратный сантиметр (см 2 ), измеренный от среднего (среднего) уровня моря до верхней границы атмосферы Земли, имеет массу около 1,03 килограмма и оказывает силу или " вес »около 10,1 ньютона , что дает давление 10,1 Н / см 2 или 101 кН / м 2 (101 килопаскаль, кПа). Колонна воздуха с площадью поперечного сечения 1 в 2 будет иметь вес около 14,7 фунтов F , в результате чего давление 14,7 фунтов е / в 2 .
Механизм
Атмосферное давление вызывается гравитационным притяжением планеты к атмосферным газам над поверхностью и является функцией массы планеты, радиуса поверхности, количества и состава газов и их вертикального распределения в атмосфере. . [2] [3] Он модифицируется вращением планеты и местными эффектами, такими как скорость ветра, изменения плотности из-за температуры и изменения состава. [4]
Среднее давление на уровне моря
Среднее давление на уровне моря (MSLP) является атмосферным давлением на среднем уровне моря (PMSL). Это атмосферное давление, которое обычно указывается в сводках погоды по радио, телевидению, в газетах или в Интернете . Когда барометры в доме настроены на соответствие местным сводкам погоды, они показывают давление, настроенное на уровень моря, а не фактическое местное атмосферное давление.
Настройка высотомера в авиации - это регулировка атмосферного давления.
Среднее давление на уровне моря составляет 1013,25 мбар (101,325 кПа; 29,921 дюйма ртутного столба; 760,00 мм рт. Ст.). В авиационных сводках погоды ( METAR ) QNH передается по всему миру в миллибарах или гектопаскалях (1 гектопаскаль = 1 миллибар), за исключением США , Канады и Колумбии, где он передается в дюймах ртутного столба (с точностью до двух знаков после запятой). ). Соединенные Штаты и Канада также сообщают SLP давления на уровне моря , которое приведено к уровню моря другим методом, в разделе примечаний, а не в международной части кода, в гектопаскалях или миллибарах. [5] Однако в государственных сводках погоды в Канаде давление на уровне моря вместо этого указывается в килопаскалях. [6]
В примечаниях к коду погоды в США передаются все три цифры; десятичные точки и одна или две старшие цифры опускаются: 1013,2 мбар (101,32 кПа) передается как 132; 1000,0 мбар (100,00 кПа) передается как 000; 998,7 мбар 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 мбар (105 кПа; 31 дюйм рт. ст.) с рекордными максимумами, близкими к 1085 мбар (108,5 кПа; 32,0 дюйма рт. ст.). . Самое низкое измеряемое давление на уровне моря наблюдается в центрах тропических циклонов и торнадо с рекордно низким значением 870 мбар (87 кПа; 26 дюймов рт. Ст.).
Поверхностное давление
Давление атмосферное давление в месте на земной поверхности «(ы местности и океанов ). Это 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. [7] Это контрастирует со средним давлением на уровне моря, которое включает 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 атмосферу (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 на единицу площади атмосферной массы над этим местом.
Изменение высоты
Давление на Земле зависит от высоты поверхности; поэтому давление воздуха в горах обычно ниже, чем давление на уровне моря. Давление плавно меняется от поверхности Земли до верха мезосферы . Хотя давление меняется в зависимости от погоды, НАСА рассчитало усредненные условия для всех частей Земли круглый год. С увеличением высоты атмосферное давление уменьшается. Можно рассчитать атмосферное давление на заданной высоте. [8] Температура и влажность также влияют на атмосферное давление. Давление пропорционально температуре и обратно пропорционально влажности. И необходимо знать и то, и другое, чтобы вычислить точную цифру. Приведенный выше график был разработан 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 :
где постоянные параметры описаны ниже:
Параметр | Описание | Значение |
---|---|---|
p 0 | Стандартное атмосферное давление на уровне моря | 101325 Па |
L | Температурный градиент температуры, = г / с р для сухого воздуха | ~ 0,00976 К / м |
c p | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | 1004,68506 Дж / (кг · К) |
Т 0 | Стандартная температура на уровне моря | 288,16 К |
грамм | Ускорение силы тяжести на поверхности Земли | 9.80665 м / с 2 |
M | Молярная масса сухого воздуха | 0,02896968 кг / моль |
R 0 | Универсальная газовая постоянная | 8,314462618 Дж / (моль · К) |
Местная вариация
Атмосферное давление на Земле сильно различается, и эти изменения важны для изучения погоды и климата . См. « Система давления», чтобы узнать о влиянии колебаний давления воздуха на погоду.
Атмосферное давление показывает суточный или полусуточный (дважды в день) цикл, вызванный глобальными атмосферными приливами . Этот эффект наиболее силен в тропических зонах с амплитудой в несколько миллибар и почти нулевой в полярных областях. Эти вариации имеют два наложенных друг на друга цикла: циркадный (24-часовой) цикл и полусиркадный (12-часовой) цикл.
Записи
Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, когда-либо зарегистрированное на Земле (выше 750 метров), составило 1084,8 гПа (32,03 дюйма ртутного столба), измеренное в Тосонценгеле, Монголия, 19 декабря 2001 года. [9] Самое высокое барометрическое давление, приведенное к уровню моря, за всю историю. зарегистрированный (ниже 750 метров) был в Агате в Эвенкийском автономном округе , Россия (66 ° 53 ' северной широты, 93 ° 28' восточной долготы, высота: 261 м, 856 футов) 31 декабря 1968 года при 1083,8 гПа (32,005 дюйма ртутного столба). [10] Дискриминация происходит из-за проблемных допущений (предполагающих стандартную скорость отклонения), связанных с понижением уровня моря с большой высоты. [9]
Мертвое море , самое низкое место на Земле в 430 м (1410 футов) ниже уровня моря, имеет соответственно высокое типичное атмосферное давление 1065 гПа. [11] 21 февраля 1961 года был установлен рекорд приземного давления ниже уровня моря в 1081,8 гПа (31,95 дюйма ртутного столба). [12]
Самое низкое атмосферное давление, не связанное с торнадом, когда-либо измерялось, было 870 гПа (0,858 атм; 25,69 дюйма ртутного столба), установленное 12 октября 1979 года во время окончания тайфуна в западной части Тихого океана. Измерения были основаны на инструментальных наблюдениях с самолета-разведчика. [13]
Измерение на основе глубины воды
Одна атмосфера (101,325 кПа или 14,7 фунтов на квадратный дюйм) - это также давление, вызванное весом столба пресной воды примерно 10,3 м (33,8 фута). Таким образом, ныряльщик на глубине 10,3 м под водой 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 трубопроводах природного газа , иногда указывается в дюймах водяного столба , обычно записываемых как wc (водяной столб) или wg (дюймы водяного столба). Типичный газовый бытовой прибор в США рассчитан на максимальное давление 1/2 фунта на квадратный дюйм, что составляет примерно 14 вод. Ст. (3487 Па или 34,9 мбар). Подобные метрические единицы с большим разнообразием названий и обозначений на основе миллиметров , сантиметров или метров теперь используются реже.
Температура кипения воды
Чистая вода кипит при 100 ° C (212 ° F) при нормальном атмосферном давлении. Точка кипения - это температура, при которой давление пара равно атмосферному давлению вокруг воды. [14] Из-за этого температура кипения воды ниже при более низком давлении и выше при более высоком давлении. Поэтому приготовление пищи на большой высоте требует корректировки рецептов [15] или приготовления под давлением . Грубую оценку высоты можно получить, измерив температуру, при которой вода закипает; в середине 19 века этим методом воспользовались исследователи. [16]
Измерение и карты
Важное применение знания о том, что атмосферное давление напрямую зависит от высоты, заключалось в определении высоты холмов и гор благодаря наличию надежных устройств измерения давления. В 1774 году, Маскелин был подтвердив теорию тяготения Ньютона на и на Schiehallion горе в Шотландии, и ему нужно было точно измерить высоты по бокам горы. Уильям Рой , используя атмосферное давление, смог подтвердить определения роста Маскелайна с точностью до одного метра (3,28 фута). Этот метод стал и остается полезным для геодезических работ и составления карт. [17]
Смотрите также
- Атмосфера (единица)
- Плотность атмосферы
- Атмосфера Земли - газовый слой, окружающий Землю.
- Барометрическая формула - формула, используемая для моделирования изменения давления воздуха с высотой.
- Баротравма - травма, вызванная давлением - физическое повреждение тканей тела, вызванное разницей в давлении между воздушным пространством внутри или рядом с телом и окружающим газом или жидкостью.
- Герметизация кабины - процесс поддержания внутреннего давления воздуха в самолете.
- Кавитация - образование заполненных паром пустот низкого давления в жидкости.
- Воздействие большой высоты на человека - научный феномен
- Область высокого давления - область, где атмосферное давление на поверхности планеты выше, чем в окружающей среде.
- Международная стандартная атмосфера - модель атмосферы, таблица типичных изменений основных термодинамических переменных атмосферы (давления, плотности, температуры и т. Д.) С высотой в средних широтах.
- Зона низкого давления - атмосферные условия
- Метеорология
- NRLMSISE-00
- Камера статического давления
- Давление - Сила, непрерывно распределяемая по площади
- Измерение давления
- Субтропический хребет
Рекомендации
- ^ Международная организация гражданской авиации. Руководство по стандартной атмосфере ИКАО , Doc 7488-CD, третье издание, 1993 г. ISBN 92-9194-004-6 .
- ^ «атмосферное давление (энциклопедическая запись)» . National Geographic . Проверено 28 февраля 2018 .
- ^ «Вопросы и ответы: давление - сила тяжести имеет значение?» . Кафедра физики . Университет Иллинойса Урбана-Шампейн . Проверено 28 февраля 2018 .
- ^ Джейкоб, Дэниел Дж. (1999). Введение в химию атмосферы . Издательство Принстонского университета. ISBN 9780691001852.
- ^ Образец METAR CYVR Nav Canada
- ^ Montreal Current Weather , CBC Montreal, Канада , данные получены 30 марта 2014 г.
- ^ Джейкоб, Дэниел Дж. Введение в химию атмосферы . Издательство Принстонского университета, 1999.
- ↑ Быстрый вывод, связанный с высотой и атмосферным давлением. Архивировано 28 сентября 2011 г.на Wayback Machine Портлендским государственным аэрокосмическим обществом, 2004 г., по состоянию на 05032011.
- ^ а б World: Высший уровень моря Давление воздуха выше 750 м , Wmo.asu.edu, 2001-12-19, архивируются с оригинала на 2012-10-17 , извлекаться 2013-04-15
- ^ World: Высший уровень моря Давление воздуха ниже 750 м , Wmo.asu.edu, 1968-12-31, архивируются с оригинала на 2013-05-14 , извлекаться 2013-04-15
- ^ Kramer, MR; Springer C; Беркман Н; Глейзер М; Бублил М; Бар-Ишай Э; Годфри С. (март 1998 г.). «Реабилитация больных гипоксемией с ХОБЛ на малой высоте на Мертвом море, самом низком месте на земле» (PDF) . Сундук . 113 (3): 571–575. DOI : 10,1378 / chest.113.3.571 . PMID 9515826 . Архивировано из оригинального (PDF) 29 октября 2013 года.
- ^ Суд, Арнольд (1969). «Невероятный предел давления: 1070 Мб». Бюллетень Американского метеорологического общества . 50 (4): 248–50. JSTOR 26252600 .
- ^ Крис Ландси ( 21 апреля 2010 г. ). "Тема: E1), Какой тропический циклон является самым сильным из зарегистрированных?" . Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория . Архивировано 6 декабря 2010 года . Проверено 23 ноября 2010 .
- ^ Давление пара , Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu , получено 17 октября 2012 г.
- ^ Высотная Кулинария , Crisco.com, 2010-09-30, архивируются с оригинала на 2012-09-07 , извлекаться 2012-10-17
- ^ Берберан-Сантос, Миннесота; Бодунов Е.Н.; Поглани, Л. (1997). «О барометрической формуле». Американский журнал физики . 65 (5): 404–412. Bibcode : 1997AmJPh..65..404B . DOI : 10.1119 / 1.18555 .
- Перейти ↑ Hewitt, Rachel, Map of a Nation - a Biography of Ordnance SurveyISBN 1-84708-098-7
Внешние ссылки
- Стандартная атмосфера 1976 года от НАСА
- Исходный код и уравнения для стандартной атмосферы 1976 года
- Математическая модель стандартной атмосферы США 1976 года.
- Калькулятор, использующий несколько единиц и свойств для Стандартной атмосферы 1976 года
- Калькулятор, показывающий стандартное атмосферное давление на указанной высоте или высоте, на которой давление будет стандартным.
- Текущая карта глобального среднего давления на уровне моря
- Атмосферный калькулятор и конвертер геометрической высоты в давление
Эксперименты
- Фильмы об экспериментах с атмосферным давлением с веб-сайта HyperPhysics Государственного университета Джорджии - требуется QuickTime
- Испытание, показывающее, что банку раздавливают после того, как в ней кипятят воду, а затем помещают ее в ванну с ледяной водой.