压力与密度的垂直结构

利用空气的状态方程Eq. 1-1,我们可以将Eq. 3重写为dp = _ gp_ RT

一般来说,这并没有帮助,因为我们已经用p和T替换了p和p这两个未知数。然而,与p和p不同的是,从地表到100千米高度的变化有很多数量级,T的变化要小得多。例如,在图3.1的剖面中,T位于200- 280k的范围内,因此与240k的值的变化不超过15%。因此,就目前的目的而言,我们可以用一个典型的平均值来代替T,以了解p和p是如何变化的。

3.3.1.等温大气

其中,标度高度H为常数(如第一章所述,忽略g对z的小依赖性),其值为

研制g

如果H是常数,p的解为,注意根据定义,p = ps在曲面z = 0, p(z) = ps exp(- -H)。(3 - 7)

或者,通过对两边取对数,我们可以把z写成p的形式:

对于对流层,如果我们选择一个代表值T0 = 250 K,则H = 7.31 km。因此,例如,在这样的大气中,p是100 hPa,或地表压力的十分之一,高度为z = H x (ln 10) = 16.83 km。这与观测到的100 hPa表面高度非常接近。请注意,非常粗略地,300 hPa表面的高度约为9公里,500 hPa表面的高度约为5.5公里。

3.3.2.非等温大气

如果T不是常数会怎样?在这种情况下,我们仍然可以定义一个局部尺度高度,这样

其中H(z)为局部标度高度。因此

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