2.4 BAROMETRIKUS JOG
A légköri hőmérséklet függőleges profilját szabályozó tényezőket a 4. és 7. fejezetben vizsgáljuk. Itt a nyomás függőleges profiljának magyarázatára koncentrálunk. Tekintsünk egy elemi légköri táblát (dz vastagság, A vízszintes terület) a z magasságban:
2-3 ábra Függőleges erők a légkör elemi födémére hatva
(2.3)
A hozamok átrendezése
(2.4)
A bal oldal definíció szerint dP / dz. Ezért
(2.5)
Most, az ideális gáztörvény alapján,
(2.6)
ahol Ma a levegő molekulatömege, T pedig a hőmérséklet. A (2.6) helyettesítése a (2.5) kifejezésre a következőket eredményezi:
(2.7)
Most azt az egyszerűsítő feltevést tesszük, hogy T állandó magasság; amint a 2-2. ábra mutatja, a T csak 20% -kal változik 80 km alatt. Ezután integráljuk (2.7) a
(2.8)
megszerzéséhez, amely egyenértékű a következővel:
(2.9)
A (2.9) egyenletet barometrikus törvénynek nevezzük. Kényelmes meghatározni a H skálamagasságot az atmoszférához:
(2.10)
a Barometric kompakt formájához vezet Törvény:
(2.11)
T = 250 K átlagos légköri hőmérséklet esetén a skála magassága H = 7,4 km. A barometrikus törvény megmagyarázza P 2 – 2 z ábrán megfigyelt exponenciális függését z-től; a (2.11) egyenletből egy z és ln P diagram egy egyeneset eredményez -H lejtéssel (ellenőrizze, hogy a 2-2. ábra lejtése valóban közel van -7,4 km-hez). A 2-2. Ábra kis meredekségi ingadozását a hőmérséklet és a magasság változása okozza, amelyet a levezetésünkben elhanyagoltunk.
Hasonlóan megfogalmazható a légsűrűség függőleges függése is. From (2.6), ra és P lineárisan összefüggenek, ha T-t állandónak feltételezzük, így
(2.12)
Hasonló egyenlet a na légszám-sűrűségre vonatkozik. Minden H magasságnövekedés esetén a légnyomás és a sűrűség e = 2,7-szeresével csökken; így H biztosítja a légkör vastagságának kényelmes mérését.
A skála magasságának (2.10) alapján történő kiszámításakor feltételeztük, hogy a levegő Ma = 29 g mol-1 molekulatömegű homogén gázként viselkedik. Dalton törvénye előírja, hogy a légkeverék minden alkotóelemének úgy kell viselkednie, mintha egyedül lennének a légkörben. Ezután azt várhatjuk, hogy a különböző komponensek eltérő skálamagassággal rendelkeznek, amelyet a molekulatömegük határoz meg. N2 és O2 esetén számíthatunk arra, hogy az O2 keverési arány csökken a magasságtól, azonban a légkeverék gravitációs elválasztása molekuláris diffúzióval történik, ami lényegesen lassabb, mint a turbulens függőleges levegő keveredése 100 km alatti magasságokban (4. feladat ). A turbulens keverés így homogén alacsonyabb légkört tart fenn. Csak 100 km felett kezdődik a gázok jelentős gravitációs elválasztása, a könnyebb gázok dúsulnak nagyobb magasságokban. A klórfluor-szénhidrogének (CFC) sztratoszférikus ózonra gyakorolt káros hatásaival kapcsolatos vita , néhány nem túl jó hírű tudós azt állította, hogy a CFC-k magas molekulájuk miatt nem juthatnak el a sztratoszférába r súlyok és ennélfogva alacsony léptékű magasságok. A valóságban a levegő turbulens keverése biztosítja, hogy a sztratoszférába belépő levegőben a CFC keverési arányai lényegében megegyezzenek a felszíni levegőben levőkkel.
