2.4 기압 법

우리는 4 장과 7 장에서 대기 온도의 수직 프로파일을 제어하는 요소를 검토 할 것입니다. 여기서는 압력의 수직 프로파일을 설명하는 데 중점을 둡니다. 고도 z에서 기본 대기 슬래브 (두께 dz, 수평 영역 A)를 고려하십시오.

그림 2-3 수직력 기본 대기 슬래브에 작용

(2.3)

수확량 재 배열

(2.4)

왼쪽은 정의상 dP / dz입니다. 따라서

(2.5)

이제 이상 기체 법칙에서

(2.6)

여기서 Ma는 공기의 분자량이고 T는 온도입니다. (2.6)을 (2.5)로 대체하면 :

(2.7)

이제 T가 고도; 그림 2-2에서 볼 수 있듯이 T는 80km 아래에서 20 % 만 변합니다. 그런 다음 (2.7)을 통합하여

(2.8)

를 얻습니다. 이는

(2.9)

방정식 (2.9)을 기압 법이라고합니다. 대기의 축척 높이 H를 정의하는 것이 편리합니다.

(2.10)

콤팩트 한 형태의 기압 법칙 :

(2.11)

평균 대기 온도 T = 250 K의 경우 축척 높이는 H = 7.4km입니다. 기압 법칙은 그림 2-2에서 z에 대한 P의 지수 의존성을 설명합니다. 방정식 (2.11)에서 z 대 ln P의 플롯은 기울기가 -H 인 직선을 생성합니다 (그림 2-2의 기울기가 실제로 -7.4km에 가까운 지 확인하십시오). 그림 2-2에서 기울기의 작은 변동은 우리가 유도에서 무시한 고도에 따른 온도 변화로 인해 발생합니다.

공기 밀도의 수직 의존성은 유사하게 공식화 될 수 있습니다. (2.6)부터, T가 일정하다고 가정하면 ra와 P는 선형 적으로 관련되므로

(2.12)

방정식은 공기 수 밀도 na에 적용됩니다. 고도가 상승 할 때마다 공기압과 밀도가 e = 2.7로 떨어집니다. 따라서 H는 대기의 두께에 대한 편리한 측정 값을 제공합니다.

(2.10)에서 스케일 높이를 계산할 때 공기가 분자량 Ma = 29g mol-1의 균질 기체처럼 거동한다고 가정했습니다. Dalton의 법칙은 공기 혼합물의 각 성분이 마치 대기 중에있는 것처럼 행동해야한다고 규정하고 있습니다. 그러면 다른 성분이 분자량에 따라 다른 스케일 높이를 가질 것으로 예상 할 수 있습니다. 특히 분자량의 차이를 고려하면 N2와 O2의 경우 고도에 따라 O2 혼합 비율이 감소 할 것으로 예상 할 수 있지만, 공기 혼합물의 중력 분리는 분자 확산에 의해 발생하며, 이는 100km 미만의 고도에서 공기의 난류 수직 혼합보다 상당히 느립니다 (문제 4. 9 따라서 난류 혼합은 균질 한 낮은 대기를 유지합니다. 100km 이상에서만 가스의 중력 분리가 일어나기 시작합니다. 더 높은 고도에서는 더 가벼운 가스가 농축됩니다. 성층권 오존에 대한 CFC (클로로 플루오로 카본)의 유해한 영향에 대한 논쟁 중 , 일부 유명하지 않은 과학자들은 CFC가 높은 분자 때문에 성층권에 도달 할 수 없다고 주장했습니다. r 무게 및 따라서 낮은 스케일 높이. 실제로, 공기의 난류 혼합은 성층권으로 유입되는 공기의 CFC 혼합 비율이 지표 공기의 혼합 비율과 본질적으로 동일하다는 것을 보장합니다.