2.4気圧法

第4章と第7章では、気温の鉛直プロファイルを制御する要因を調べます。ここでは、圧力の垂直プロファイルの説明に焦点を当てます。高度zの大気の基本スラブ（厚さdz、水平領域A）について考えてみます。

図2-3垂直方向の力大気の基本スラブに作用する

（2.3）

歩留まりの再調整

（2.4）

左側は定義上dP / dzです。したがって、

（2.5）

理想気体の法則から、

（2.6）

ここで、Maは空気の分子量、Tは温度です。 （2.6）を（2.5）に代入すると、次のようになります。

（2.7）

ここで、Tが一定であるという単純化した仮定を行います。高度;図2-2に示すように、Tは80 km未満でわずか20％しか変化しません。次に、（2.7）を統合して、

（2.8）

を取得します。これは

（2.9）

式（2.9）は気圧法則と呼ばれます。大気のスケールハイトHを定義すると便利です。

（2.10）

は、コンパクトな気圧計になります。法則：

（2.11）

平均気温T = 250 Kの場合、スケールの高さはH = 7.4kmです。気圧の法則は、図2-2で観測されたPのzへの指数関数的依存性を説明しています。式（2.11）から、z対ln Pのプロットは、傾きが-Hの直線を生成します（図2-2の傾きが実際に-7.4 kmに近いことを確認してください）。図2-2の傾きの小さな変動は、導出で無視した高度による温度の変化によって引き起こされます。

空気密度の垂直依存性も同様に定式化できます。 （2.6）から、Tが一定であると仮定すると、raとPは線形に関連しているため、

（2.12）

同様の方程式は空気数密度naに適用されます。高度がH上昇するたびに、空気の圧力と密度は係数e = 2.7で低下します。したがって、Hは大気の厚さの便利な尺度を提供します。

（2.10）からスケールの高さを計算する際に、空気は分子量Ma = 29 gmol-1の均一ガスとして動作すると仮定しました。ドルトンの法則では、空気混合物の各成分は、大気中に単独で存在するかのように動作する必要があると規定されています。その場合、異なる成分は、分子量によって決定される異なるスケールハイトを持つと予想される場合があります。特に、分子量の違いを考慮すると、 N2とO2の場合、O2混合比は高度とともに減少すると予想されるかもしれませんが、空気混合物の重力分離は分子拡散によって行われ、100 km未満の高度での空気の乱流垂直混合よりもかなり遅いです（問題4.9 ）乱流混合は、このように均一な低層大気を維持します。100kmを超えると、ガスの有意な重力分離が起こり始め、より軽いガスがより高い高度で濃縮されます。成層圏オゾンに対するクロロフルオロカーボン（CFC）の有害な影響についての議論中、一部のあまり評判の良くない科学者は、CFCは分子量が高いために成層圏に到達できない可能性があると主張しましたrの重み、したがって低スケールの高さ。実際には、空気の乱流混合により、成層圏に入る空気のCFC混合比は本質的に地表空気のCFC混合比と同じになります。