氣壓及其單位

1、氣壓及其單位在任何表面上，由于大氣的重量所產(chǎn)生的壓力，也就是單位面積上所受到的力，叫做大氣壓。其數(shù)值等于從單位底面積向上，一直延伸到大氣上界的垂直氣柱的總重量。氣壓是重要的氣象要素之一。在物理學(xué)上壓力和壓強(qiáng)不是一個(gè)概念。用鉛筆尖在手指上，會出現(xiàn)一個(gè)小坑；用未削過的鉛筆壓手，則不會出現(xiàn)小坑，這是為什么？中間有一個(gè)面積問題。鉛筆尖面積小，鉛筆頭面積大。壓強(qiáng)是單位面積上所受的壓力。平時(shí)我們所說的大氣壓，實(shí)際上指的是大氣壓強(qiáng)，只不過省略了“強(qiáng)”字。既然大氣壓指的是單位面積上所隨的大氣柱的重量，那么，大氣柱有多重呢？大氣柱的重量是不能直接測量到的。所以人們就用水銀柱的重量來計(jì)算大氣柱的重量，這個(gè)水銀柱的

2、重量是與大氣柱的重量相平衡的。此實(shí)驗(yàn)是意大利科學(xué)家托里拆利在1644年作出來的。托里拆利在一根約1米長的一端封口的玻璃管里注滿水銀，把開口的一端用姆指按住管口，倒立在水銀槽中，當(dāng)手指放開以后，管里的水銀下降下，但降到760毫米的地方就不再下降。這就是大氣壓支持著水銀柱的緣故。水銀氣壓表就是根據(jù)這個(gè)原理來測量氣壓的。在氣象工作中通用的氣壓單位有毫米和毫巴兩種。（1）毫米(mm)：是用水銀柱高度來表示氣壓高低的單位。例如，氣壓為760mm，表示當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)與760mm高的水銀柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等。（2）毫巴(mb)：用單位面積上所受水銀柱壓力大小來表示氣壓高低的單位。物理學(xué)上，壓強(qiáng)的單位是用“巴”

3、表示的：每一平方厘米面積上受到一達(dá)因的力，稱為一巴。在氣象上，嫌這個(gè)單位太小，取1,000,000達(dá)因/平方厘米為1巴，以巴的千分之一作為氣壓的單位，稱為1毫巴。即：1巴=1000毫巴1毫巴=1000達(dá)因/厘米2因此，1毫巴表示在1平方厘米面積上受到1000達(dá)因的力。例如，氣壓為1000mb，表示當(dāng)時(shí)大氣柱在每平方厘米面積上的力有1,000,000達(dá)因。達(dá)因是力的單位，在厘米-克-秒制中，它代表作用于一克質(zhì)量的物體上，使物體以1cm/秒2的速度發(fā)生運(yùn)動(dòng)的力。達(dá)因是很小的一個(gè)力。夏天我們看到的螞蟻叼著小小的草梗所付出的力，就有100達(dá)因?？梢姡贿_(dá)因的力之小了。毫米與毫巴可以相互換算。根據(jù)壓強(qiáng)與

4、水銀柱高度的關(guān)系式：P(壓強(qiáng))=h(水銀柱高度) d(水銀在0時(shí)的密度)氣壓為水銀柱高度1毫米=0.1厘米13.596克重/厘米3=1.3596克重/厘米2在緯度45的海平面上,1克重=980.6達(dá)因故:1毫米=1.3596980.6=1333.22達(dá)因/厘米2=1.33322毫巴=3/4毫巴根據(jù)這個(gè)關(guān)系,氣壓為760毫米時(shí)相當(dāng)于1013.25毫巴，這個(gè)氣壓值稱為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。氣壓隨高度的變化某地的氣壓值，等于該地單位面積上大氣柱的重量。高度愈高，壓在其上的空氣柱愈短，氣壓也就愈低。因此，氣壓總是隨著高度的增加而降低的。在海平面的大氣壓大約760mm,而在5.5公里的高空氣壓大約是380mm

5、。這就是登山運(yùn)動(dòng)員在攀登高峰時(shí)，愈接近頂峰，愈感到呼吸困難的道理。一般在低層大氣中，上升相同距離氣壓降低的數(shù)值大，而在高層大氣中，降低的數(shù)值小。據(jù)實(shí)測，在近地面層中，高度每升高100米,氣壓平均降低約9.5mm水銀柱高;在高層則小于這個(gè)數(shù)值。空氣密度大的地方,氣壓隨高度降低得快些,空氣密度小的地方則相反。請看表。氣壓差和高度差的關(guān)系氣壓(毫巴)10101000900800700600500400相應(yīng)高度(米)01001,0002,0003,0004,0005,5007,200高度差（米）10.511.212.213.315.016.919.523.3氣壓隨高度變化示意圖氣壓隨時(shí)間的變化任何地方

6、的氣壓都在隨著時(shí)間的不同而改變。氣壓的這種變化既包含氣壓的周期性變化，也包含氣壓的非周期性變化。所謂氣壓的周期性變化，是指氣壓隨時(shí)間的改變而呈現(xiàn)規(guī)律性波動(dòng)。比如氣壓在一晝夜之內(nèi)的日變化情況。一天中總有一個(gè)最高值，出現(xiàn)在上午9-10點(diǎn),之后氣壓開始下降,到下午15-16&127;點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)一天氣壓的最低值。以后氣壓又開始緩慢上升,到21-22點(diǎn)再現(xiàn)一天中氣壓的次高值,次日凌晨3-4點(diǎn)則出現(xiàn)次低值。氣壓在一年之內(nèi)的季節(jié)變化情況也屬于周期性的變化。這種氣壓的年變化以中緯度地區(qū)最為明顯。所謂氣壓的非周期性變化，是指氣壓變化不存在固定的周期。實(shí)際的氣壓變化是這兩種變化因素綜合作用的結(jié)果。但這兩種變化所起的

7、作用不等，在任何情況下，必有一種變化是主要的。如熱帶地區(qū)，氣壓的周期性變化較明顯；中緯度地區(qū)，氣壓的非周期性變化較大。然而這種情況也不是固定的，有時(shí)雙方還會互相轉(zhuǎn)化的。氣壓場地表面氣壓的分布情況稱為氣壓場。在空間范圍內(nèi)的氣壓分布情況為空間氣壓場。某一水平面的氣壓分布情況稱為水平氣壓場。了解氣壓場的基本型式和空間結(jié)構(gòu)，對于進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)是一個(gè)非常重要的依據(jù)。等壓線和等高面表示水平面氣壓場的情況通常是用等壓線。氣壓相等的各點(diǎn)的連線，稱為等壓線。將同一時(shí)刻各個(gè)氣象臺、站所觀測到的海平面氣壓值填在一張海平面高度的地圖上，然后用平滑的曲線把氣壓相等的點(diǎn)連結(jié)起來，就可用等壓線的不同形式表示海平面的氣壓分布狀

8、況，這種地圖，畫有同一高度的等壓線，稱為等高面圖。圖上等壓線分布的不同形式，表示氣壓分布的不同特點(diǎn)。等壓線平直還是彎曲，表示氣壓分布簡單還是復(fù)雜；等壓線的排列方向，表示氣壓分布的方向。等壓線呈東西向，表示氣壓沿緯向分布；呈南北向，表示氣壓沿經(jīng)向分布；等壓線閉合，表示氣壓分布出出高、低壓中心；等壓線疏密，表示水平方向上氣壓差異的程度。利用等高面圖，就可分析同一水平面上氣壓分布的狀況，可以判別氣壓高、低的所在位置，并可進(jìn)行比較找出差異，為研究大氣的運(yùn)動(dòng)打下基礎(chǔ)。等壓線和等高面表示水平面氣壓場的情況通常是用等壓線。氣壓相等的各點(diǎn)的連線，稱為等壓線。將同一時(shí)刻各個(gè)氣象臺、站所觀測到的海平面氣壓值填在一

9、張海平面高度的地圖上，然后用平滑的曲線把氣壓相等的點(diǎn)連結(jié)起來，就可用等壓線的不同形式表示海平面的氣壓分布狀況，這種地圖，畫有同一高度的等壓線，稱為等高面圖。圖上等壓線分布的不同形式，表示氣壓分布的不同特點(diǎn)。等壓線平直還是彎曲，表示氣壓分布簡單還是復(fù)雜；等壓線的排列方向，表示氣壓分布的方向。等壓線呈東西向，表示氣壓沿緯向分布；呈南北向，表示氣壓沿經(jīng)向分布；等壓線閉合，表示氣壓分布出出高、低壓中心；等壓線疏密，表示水平方向上氣壓差異的程度。利用等高面圖，就可分析同一水平面上氣壓分布的狀況，可以判別氣壓高、低的所在位置，并可進(jìn)行比較找出差異，為研究大氣的運(yùn)動(dòng)打下基礎(chǔ)。等壓面和等高面的關(guān)系等壓面和鄰近

10、等高面的關(guān)系，由于等壓面上各點(diǎn)的高度不同，因而，等壓面是曲面。在等壓面上取A、B、C三點(diǎn)，顯而易見，這三點(diǎn)氣壓相同，而高度不等；A點(diǎn)最高，B點(diǎn)次之，C點(diǎn)最低。將此三點(diǎn)投射至鄰近的等高面上，得出相應(yīng)的A、B、C三點(diǎn)。這三點(diǎn)高度相同，而氣壓不等；A點(diǎn)氣壓最高，B次之，C點(diǎn)最低。將二者聯(lián)系起來，可以看出：在等壓面上高度最高的地方，正是它鄰近等高面上氣壓最高的地方；高度最低的地方，正是它鄰近等高面上氣壓最低的地方。由于在高空測氣壓比測高度方便，所以高空的氣壓分布可用等壓面上的高度分布來表示，即用畫有等高線的等壓面圖來表示(與地形等高線圖相似)。等高線是指同一等壓面上高度相等的各點(diǎn)的連線。等高線的分布就

11、表示了空間氣壓場的狀況，與等壓線分布起著相同的作用。將同一時(shí)間各個(gè)臺站的某一高空等壓面的高度填在一張地圖上，畫出等高線，則稱為等壓面圖。它可以表示高空某一等壓面上的氣壓分布狀況。目前氣象臺所繪制的高空圖，就是等壓面圖。常用的等壓面有：850毫巴、700毫巴和500毫巴等。等壓面的高度單位位勢米等高線的數(shù)值是高度單位，但不是幾何高度，而是位勢高度。所謂位勢高度，就是把單位質(zhì)量的物體從海平面上升到某高度時(shí)克服重力所作的功來表示的高度，其單位是位勢米。我國從1950年1月1日開始使用位勢米這個(gè)高度單位?，F(xiàn)在廣播電臺所說的500mb(毫巴)等壓面的位勢高度是指500mb等壓面距海平面的位勢。500mb

12、高度為什么不用幾何高度，而用位勢高度表示？這是因?yàn)樘鞖鈱W(xué)理論主要是建立在流體力學(xué)和熱力學(xué)基礎(chǔ)上的，用位勢高度表示在計(jì)算上有很多方便。其實(shí)，幾何高度Z和位勢高度h在數(shù)值上相差不大但概念上完全不同，一個(gè)是長度單位，一個(gè)是能量單位。位勢米H：當(dāng)重力加速度g=9.8米/秒2時(shí)，使單位質(zhì)量物體抬升1米的高度克服重力所消耗的功。在米、公斤、秒制中：1位勢米=mgh1公斤9.8米/秒21米=9.8焦耳(1位勢什米=10位勢米)上述位勢米條件是在45緯度海平面處。但重力加速度g是隨高度和緯度而變化的：重力加速度在上升10千米大約減小0.03米/秒2。看表，重力加速度g在不同緯度海平面的變化：重力加速度g在不同

13、緯度海平面的變化緯度90（極地）450（赤道）G(米/秒2)9.839.89.78因此：g1幾何米。(在緯度低于45的低緯地區(qū)，位勢米大于幾何米)g=9.8米/秒2時(shí)，完成1位勢米的功抬升高度相當(dāng)于1幾何米。(位勢米幾何米)g9.8/米/秒2，完成1位勢米的功抬升高度1幾何米。(在高緯度地區(qū)位勢米小于幾何米)位勢米H和幾何米z之關(guān)系：1位勢米9.8焦耳，單位質(zhì)量物質(zhì)在任意緯度抬升意高度時(shí)，則為：9.8*H=g*zH=g*z/9.8由上式可看出：以位勢米為單位的位勢高度和以米為單位的幾何高度意義完全不同，前者是能量的一種單位，后者僅為高度單位。但在數(shù)學(xué)上雖有差別，但差別很小，可忽略不計(jì)。氣壓場基

14、本型式由于各處各地的氣壓高低不同，而且還時(shí)刻在變化變化所以在等高面圖和等面圖上所反映出來的氣壓場型式也是多種多樣的。如果略去細(xì)小差別，抓住普遍性的東西，便可概括出如圖中的幾種基本型式。(1)低氣壓(簡稱低壓)，其等壓線閉合，中心氣壓低，向外逐漸增高?？臻g等壓面向下凹，形如盆地。(2)高氣壓(簡稱高壓)，其等壓線閉合，中心氣壓高，向外逐漸減低?？臻g等壓面向上凸形狀，形似山丘。(3)低壓槽(簡稱槽)。是低壓向外伸出的狹長部分，或一組未閉合的等壓線向氣壓較高的方突出的部分。在槽中，各等壓線彎曲最大處的連線叫槽線。氣壓沿槽線最低，向兩邊遞增。槽的尖端，可以指向各個(gè)方向，但在北半球中緯度地區(qū)大多指向南方

15、。因此，尖端指向北的稱為倒槽，指向東西的稱為橫槽，槽附近的空間等壓面類似山谷。(4)高壓脊(簡稱脊)是高壓向外伸出的狹長部分，或一組未閉合的等壓線向氣壓較低的方突出的部分。在脊中，各等壓線彎曲最大處的連線叫脊線。氣壓沿脊線最高，向兩邊遞減。脊附近的空間等壓面，類似山脊。(5)鞍形氣壓區(qū)(簡稱鞍部)，是兩個(gè)低壓與兩個(gè)高壓交錯(cuò)組成的中間區(qū)域，其附近空間等壓面形如馬鞍。上述幾種氣壓場的基本型式，統(tǒng)稱為地面氣壓系統(tǒng)。在不同的氣壓系統(tǒng)中，天氣情況是不同的。例如，在低氣壓區(qū)，由于氣流的輻合上升，容易造成云和降水；在高壓區(qū)內(nèi)，由于空氣下沉輻散，一般天氣晴好。所以，預(yù)報(bào)這些氣壓系統(tǒng)的移動(dòng)與演變，是預(yù)報(bào)天氣的重

16、要內(nèi)容。四個(gè)氣壓帶的形成我們已知地球上不同緯度地區(qū)所得到的太陽輻射是不同的。因而氣溫的高低也隨緯度而變化，同時(shí)氣壓也跟著變化。輻射越強(qiáng)，氣溫越高；輻射越弱，氣溫越低。緯度越低，氣溫越高；緯度越高，氣溫越低。氣溫越低，氣壓越高；氣溫越高，氣壓越低。大氣總是由氣壓高的地方，吹向氣壓低的地方，從而在地球上形成不同的氣壓帶和風(fēng)帶。(1)赤道低氣壓帶：在赤道及其兩側(cè)，是太陽高度角最大的地帶，這里受太陽光熱最多，地面增溫也高，接近地面的空氣受熱膨脹上升，空氣減少，氣壓降低。這樣在南北緯5之間的地區(qū)，就形成了一個(gè)低氣壓帶一赤道低氣壓帶。(2)副熱帶高氣壓帶：由赤道低氣壓帶上升的氣流，由于氣溫隨高度而降低，空

17、氣漸重，在距地面4-8公里處大量聚集，轉(zhuǎn)向南北方向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還受重力影響，故氣流邊前進(jìn)，邊下沉，各在南北緯30附近沉到近地面，使低空空氣增多，氣壓升高，形成了南北兩個(gè)副熱帶高氣壓帶，它是因?yàn)榭諝饩鄯e，由動(dòng)力原因形成的，屬暖性高壓。(3)極地高氣壓帶：在地球南北兩極及其附近是緯度最高的地區(qū)，這里的太陽高度角最小，接受的太陽光熱也最少，終年低溫，空氣冷重下沉，地面空氣多，氣壓較高，形成南北兩個(gè)極地高氣壓帶，它是由熱力原因形成的冷高壓。為了區(qū)別以上兩個(gè)高壓，需要指出在一般條件下，氣溫高的地方，因近地面大氣受熱膨脹，到高空堆積起來，使高空空氣密度增大，那里的氣壓比同一水平面上周圍的氣壓都高，形成高

18、氣壓，于是空氣便從高氣壓向周圍氣壓低的地方擴(kuò)散，這樣氣溫高的地方，空氣質(zhì)量就減少了，地面上隨承受的壓力就減低，形成低氣壓；氣溫低的地方空氣收縮下沉，高空空氣密度減小，形成低氣壓，這是周圍的空氣就會來補(bǔ)充，使氣溫低的地方空氣柱的大氣質(zhì)量增多，地面氣壓因而增高，成為高氣壓。所以近地面空氣受熱，氣壓下降，空氣冷卻，氣壓升高。高空氣壓的高低與地面氣壓經(jīng)常是相反的。因?yàn)闅鉁馗叩牡胤?，空氣上升后在高空堆積，密度增大，形成高壓；氣溫低的地方，空氣下降后，在高空密度減小形成低壓。這是由于熱力原因形成空氣中的高壓和低壓。(4)副極地低氣壓帶：這個(gè)氣壓帶在南北緯60附近，由于這個(gè)地帶處于副熱帶高氣壓帶和極地高氣壓

19、帶之間，是一個(gè)相對的低壓帶。這樣，在假設(shè)不自轉(zhuǎn)的地球上，就形成了上述的四個(gè)氣壓帶。地球是在一刻也不停地自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)著。因此，在上述七個(gè)氣壓帶的形成過程中就伴隨著空氣的運(yùn)動(dòng)。而空氣運(yùn)動(dòng)的方向總是從高壓指向低壓。因?yàn)榇髿馐蔷o緊圍繞著地球表面，大氣在從高壓區(qū)流向低壓區(qū)的運(yùn)動(dòng)過程中，同時(shí)也隨著地球一同自西向東轉(zhuǎn)動(dòng)著。這樣大氣還要受到一個(gè)由于地球自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的力的影響，這個(gè)力就是地球自轉(zhuǎn)偏向力，它在北半球總是使運(yùn)動(dòng)著的大氣向右偏斜，在南半球總是向左偏斜。這樣，風(fēng)的運(yùn)動(dòng)方向就不是正直的由高壓指向低壓，而是在北半球發(fā)生了右偏，北風(fēng)變成了東北風(fēng)；南半球發(fā)生了左偏，南風(fēng)變成了東南風(fēng)?；顒?dòng)中心的形成由于地球表面的不均勻，使得氣壓帶和風(fēng)帶不那么完整，發(fā)生了破裂。特別是地球表面上遼