第07章氣壓觀測(cè)物理學(xué)院大氣科學(xué)系

第七章氣壓的測(cè)量第七章氣壓的測(cè)量＆7.1概述＆7.2水銀氣壓表＆7.3＆7.4＆7.5空盒氣壓表＆7.6沸點(diǎn)氣壓表＆7.7＆7.8

＆7.1概天氣預(yù)報(bào)指示意義。因此，天氣分析中常使用小時(shí)變壓或6小時(shí)變壓來(lái)做天氣預(yù)報(bào)指標(biāo)。

＆7.1概 1p(1p,1p,1p

dw1pg z這就著名的大氣靜力方程（取

uuuvuwu1p u xvuvvvwv1p v ywuwvwww1p w z.pRT

Phh agdz

受的大氣壓力，它與空氣密度a、重力加速度g及空氣柱

氣壓測(cè) 柱高)

常用的測(cè)量大氣壓力的儀器水銀氣壓表（作為標(biāo)準(zhǔn)或氣象臺(tái)站用空盒氣壓表和空盒氣壓計(jì)（氣象臺(tái)站用沸點(diǎn)氣壓表（作研究用

測(cè)量氣壓的儀

1644年意大利托里拆利（E.Torricelli）

水銀氣壓

空盒氣壓自記 杠氣壓計(jì)是自動(dòng)、連續(xù)記壓紙氣壓變化的儀器，其準(zhǔn)確度較差空筆氣壓計(jì)由感應(yīng)部分（金屬?gòu)椥阅ず薪M）傳遞放大部分（兩組杠桿）自記部分（自記鐘、筆、紙） ＆7.2水銀氣壓如圖所示，利用一根抽成真空的玻璃管插入水銀槽內(nèi)，就形成一支最簡(jiǎn)單的水銀氣壓衡時(shí)的高度，即可表示為大氣壓力。 PhHg(t)g,hH(t,g,h

式中Hg(t)為溫度t℃時(shí)的水銀密度;g,h為測(cè)站緯度為、海拔高度為h H(t,g,h)為水銀柱高度。

由（7.2）式可見(jiàn),大氣壓力與水銀氣壓表所處環(huán)緯度45°海平面）的測(cè)量值，而只是一個(gè)國(guó)際協(xié)議規(guī)非要對(duì)應(yīng)一個(gè)條件，則與緯度45.5°海平面處的重力

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，（7.2）式可表示PhHg(0)gnHs(0,gn

Hs(0,gn)

Hg(t)gHg gn

H(t,g,h

HgHgggn

從理論上說(shuō)，任意一種液體都可以用來(lái)制造氣壓表，但是水有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)（1）水銀密度大，ρHg(0)＝1.35951×104kg.m- 在通常大氣壓力下，它的液柱高度適合人們?cè)谧匀粻顟B(tài)下的觀水銀的蒸汽壓小。在60℃以下，在管頂內(nèi)的水銀蒸汽加壓力對(duì)讀數(shù)準(zhǔn)確度的影響可忽略不水銀的性能穩(wěn)定。易于提煉純凈的水水銀不沾濕玻璃，管內(nèi)水銀面形成凸起的彎月面，容判斷水銀柱頂?shù)臏?zhǔn)確位思考題：如果用水作為液體制成氣壓表，會(huì)有哪些優(yōu)缺點(diǎn)提示：水的密度問(wèn)題；凝固點(diǎn)問(wèn)題；蒸汽壓?jiǎn)栴}等

二、動(dòng)槽式水銀氣壓

牙針尖被水銀磨禿和臟污）

三、定槽式水銀氣壓

假定氣壓升高x，而槽內(nèi)水銀面同時(shí)下降yxay(Aa'y1

水銀槽的內(nèi)橫截面積；a'為插進(jìn)水銀槽中的表

Ax Aa

對(duì)（7.7）式右邊進(jìn)行改xAaaa1 Aa Aa

A A

A

A

50Aa Aa 1 A A 因此，定槽式水銀氣壓表上刻度實(shí)際只有

＆7.3水銀氣壓表的讀數(shù)訂

PhHg(0)gnHs(0,gn

(7.9)（緯度重力訂正和高度重力訂正）

一、儀器誤差訂

彎曲液面產(chǎn)生的附加壓力（壓力差）P24

(7.10)P為表面的張力系數(shù)；為液面的曲率半經(jīng)；與管壁接觸角。水銀管參數(shù)如圖所示：壓力Pd，液面與管壁接觸角有關(guān)。d設(shè)在PS作用下，使水銀柱降低了h，則hg4

h4cos

(7.11)

gd式中為水銀的密度；g為重力加速度

1100.00hPa，儀器的誤差訂正為-0.2 觀測(cè)氣壓讀數(shù)988.6hPa,經(jīng)儀器誤差訂正后的氣

二、溫度訂準(zhǔn)尺刻度LtHt如果氣壓不變，溫度從t℃變化到0℃時(shí)，銅尺刻度Ht’移動(dòng)到L1,視數(shù)Ht’=Ht,水銀柱頂刻度為

已知λ為銅的線熱膨脹系數(shù)，μ的體熱膨脹系數(shù)，當(dāng)溫度從0℃變化到t℃ LtHt(1t

LtH0(1t)Ht(1t)H0(1則有： 1t, 1t t1t 01t

其中：1.840105C11.818104C1 0.

(7.12) t10.

Ht

1.33V(t1

(7.13)銀體積；1.0105C1為鐵的線熱膨脹系數(shù)。

三、氣壓表讀數(shù)的重力訂H(0,g,hHs(0,gn)gH0(0,g,h

Hs(0,gn)為經(jīng)儀器誤差、溫度訂正后的氣壓讀數(shù)；H0(0,g,h)為經(jīng)儀器誤差、溫度和重力訂正后的氣壓

根據(jù)大地參考系統(tǒng)（GeodeticReference21980），在海平面上重力加速度與緯度的關(guān)系2g,09.80620(1 cos2

(7.15)g,h

hg

(R

1R

1

(7.16) 對(duì)高山站g

15h1

(7.17)

g

.80(

重力加os0.度的變co計(jì)

(7.18)22g,hg

0. h0. (h (7.19)式中h為測(cè)站的海拔高度；h為以測(cè)站為中心，半徑為150km范圍的平均海拔高g,hg

0. h0. (D

(7.20)式中D為測(cè)站正下方的水深；D為以測(cè)站為中心，半徑150km范內(nèi)的平均水

g,hg

0. h0. (h0. (1)(D

(7.21)和高度重力訂正后，獲得的氣壓數(shù)據(jù)稱作為本站氣壓。

四、海平面氣壓和訂

四、海平面氣壓和訂根據(jù)等溫大氣壓高公式可lgP0m

(7.22) 18400(1 273式中P0為海平面氣壓tm為A、B兩點(diǎn)之間空氣柱的平均溫

計(jì)算海平面處氣溫t0 th

2

(7.23)h為海拔高度，計(jì)算氣柱平均溫度tm th

(7.24)

由tm計(jì)算m

(7.25)184001 由m計(jì)算海平面氣壓PP10m

273

(7.26)cPPP(10m

(7.27)

tt0.6200 th

1011.2 m 184001

HtH器差訂正后原始讀數(shù)器差訂正 0.

(7.28)(7.29) t10. (7.30)

Hs

g

H10. tg,ht10. H1 t9.80620(1 cos2)(1 t1 t海平面氣壓：PP

(7.31)(7.32)m

(7.33) 273 1 t)1

(7.34)

h,12

水銀氣壓表的誤差（非靜態(tài) 風(fēng)壓誤差(正負(fù)幾個(gè) 氣壓表安放的垂直雜質(zhì)、氧化可導(dǎo) 的密度變，影 液面調(diào)整和觀測(cè)

＆7.4氣壓表的安裝和觀測(cè)方氣壓表應(yīng)該安裝在氣壓室內(nèi)，嚴(yán)格垂直懸掛在墻對(duì)氣壓室的要求氣壓室內(nèi)溫度均勻少變，無(wú)冷熱源避免陽(yáng)光直射減少氣流流附屬表溫（準(zhǔn)確到調(diào)整槽內(nèi)水銀面與象牙針相切（動(dòng)槽調(diào)整游標(biāo)尺恰好與水銀柱頂相視線與水銀柱水 氣壓值（準(zhǔn)確到或降下水銀面使其與象牙針脫

將空盒底部固定，頂部可自由移動(dòng)用 指示讀數(shù)的機(jī)械系統(tǒng)包括：感應(yīng)部分、傳動(dòng)放大部示部讀表的附溫，準(zhǔn)確到輕敲盒面，克服機(jī)械摩 復(fù)讀一次

盤中心不相重合或刻度不均勻等造成的誤差。刻度訂正值可從儀器的檢定證上查p (7.35)式中為溫度系數(shù)，可從檢定證上查得；t

訂正由于空盒的殘余形變所引起的誤差。補(bǔ)充訂正值可從檢定上查例：用空盒氣壓表（19287號(hào)）讀得附溫20.8℃,氣壓求本站氣壓解：1.刻度訂正：從檢定證上查得：-溫度訂正：補(bǔ)充訂正：從檢定證上查綜合訂正值：（-0.3)+(-1.5)+(1.2)=-本站氣壓：P=955.6-空盒氣壓計(jì)是利用空盒感應(yīng)元件制成的連續(xù)記錄氣壓的器。其結(jié)構(gòu)包括：感應(yīng)部分、傳動(dòng)放大部分、自記部分外形結(jié)

元件的缺點(diǎn)——當(dāng)氣壓變化停止后，空盒形變還繼續(xù)一升降壓曲線不重合（滯差環(huán)）

減小,使自由端下降了;但雙提高了ds,空盒的溫度效，剛好由雙金屬片的位移相抵消, ds

假設(shè)大氣壓力為P0與它相平衡的彈性（hPa/℃）。它所引起空盒自由端的位移ds= 式中的k、和ds的數(shù)值是固定的，顯然只

空盒內(nèi)留有一定壓力空盒所受壓力為，空盒的彈性應(yīng)力為f平衡時(shí)，f。升溫1℃時(shí)，彈性力減弱了f=(P-π)；而盒內(nèi)殘余氣體的壓力升高了；當(dāng)=（P- p

時(shí)，空盒的溫度效應(yīng)就可得到補(bǔ)P點(diǎn)是完全補(bǔ)償點(diǎn)。是空盒的彈性溫度系數(shù)(℃-1)；為殘余氣體的熱膨脹系數(shù)(℃1。

空盒氣壓傳感電容式硅單晶空盒氣空盒氣壓傳感電容式硅單晶空盒氣

滯后效應(yīng)（隔膜材料的缺陷，等）

＆7.6沸點(diǎn)氣壓

logPA

tP

(7.37)tP

(7.38)A=8.04494B=1554.3tP為沸點(diǎn)溫度，℃

＆7.7其他氣壓激振子激振子/振子/機(jī)拾振子/放大放大/反饋/諧輸出電1fp 1fp為振筒在氣壓為p是的諧振頻率，f0振 差為零時(shí)的固有振動(dòng)頻率為振筒的壓力系

石英晶體振動(dòng)梁的諧振頻率隨作用于其上的應(yīng)力而變

對(duì) 小不便水銀污雜＆7.8復(fù)習(xí)思考簡(jiǎn)述動(dòng)槽式、定槽式水銀氣壓表的觀測(cè)原水銀氣壓表誤差主要有哪些？說(shuō)明原理如何對(duì)水銀氣壓表讀數(shù)進(jìn)行器差、溫度和重力訂正簡(jiǎn)述空盒氣壓計(jì)、空盒氣壓表的測(cè)壓原簡(jiǎn)述空盒氣壓計(jì)的彈性后效、彈性溫度效應(yīng)原理及其解方法簡(jiǎn)述沸點(diǎn)氣壓計(jì)測(cè)壓原理已知在北緯40°，海拔高度為的氣象站動(dòng)槽式水銀氣已知在北緯45°，海拔高度為的氣象站動(dòng)槽式水銀氣 th,-12=30.6℃，r=0.6℃/100m，求：Ph、海和壓差。

推導(dǎo)線性化輸出平衡電橋電阻r1,r2,r3的計(jì)算如何測(cè)定溫度表的熱滯系數(shù)溫度，精度要求為0.1℃，需要多少時(shí)間10.百葉箱氣溫日變化振幅A010℃，要求日振幅誤差小于0.1℃，干濕球溫度表A值與哪些因素有

影 儀測(cè)量精度的因素有哪些已知在北緯40°，海拔高度為120m的氣象站動(dòng)槽式水銀氣壓表的氣壓已知在北緯45°，海拔高度為220m的氣象站動(dòng)槽式水銀氣壓表的氣壓讀數(shù)為986.1hPa，器差為-0.2hPa，th,0=25.0℃，th,-12=30.6℃，r=0.6℃/100m，求：Ph、P海、壓差C。

復(fù)習(xí)思考常用的測(cè)壓儀器有哪水銀氣壓表的測(cè)壓原理如何？如果用兩支內(nèi)管粗細(xì)不同的氣壓表時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，水銀柱高度是否一樣，為什么動(dòng)槽式水銀氣壓表和定槽式水銀氣壓表的構(gòu)造主要有什么不定槽式水銀氣壓表為什么要進(jìn)行標(biāo)尺補(bǔ)償，原理如何？槽內(nèi)隔板何作水銀氣壓表的儀器誤差主要有哪些？如何避免和消水銀氣壓表為什么要進(jìn)行讀數(shù)訂正？試說(shuō)明各項(xiàng)訂正的物理意義金屬空盒有哪些特性？為什么彈性空盒可以作為測(cè)壓儀器的感應(yīng)新式空盒一般被壓成波紋形，為什么？空盒彈性后效的主要特點(diǎn)

10．水銀氣壓表讀數(shù)與空盒氣壓表讀數(shù)，在求本站氣壓時(shí)有何同11．試述空盒氣壓表和氣壓計(jì)的構(gòu)造原主要原因是什12．根據(jù)下述條件，求出本站氣壓。測(cè)站拔海高度200