3.2.1 气压
气压是指大气的压强,是从观测点到大气上界单位面积上垂直空气柱的质量,随着高度的增加,施加在测量点单位面积上的空气柱就越来越短,质量也越来越低,所以,气压就会随着高度的增加而减少,马德堡半球试验证明了大气压力的存在。
一个地方的气压值变化的根本原因是其上空大气柱中空气质量的增加或减少。大气柱质量的增减是大气柱厚度和密度改变的反映。气柱增厚,密度增大,则空气质量增多,气压升高。气压随高度递减的快慢取决于空气密度和重力加速度的变化。一般重力加速度变化很小,故仅取决于空气密度。在水平方向,温度是影响单位气压高度差的主要因素;在垂直方向,气压是影响单位气压高度差的主要因素。气压随着高度的增加按指数规律递减。空气柱质量的变化主要由热力和动力因子引起。
一般来说,往往气压较高的地区是晴好天气,而气压较低的地区是阴雨天气,高气压和低气压是相对的,不是指当地气压的实测绝对值。如果某地区的气压比周围地区的气压高,该地区就称为高气压地区;而某地区的气压比周围地区的气压低,该地区就称为低气压地区。
在同一水平面上,如果气压分布不均匀,空气就要从高气压地区向低气压地区流动,因此某地区的气压高,该地区的空气就在水平方向上向周围地区流出,当地表的空气流出后,高气压地区上方的空气就要下降。由于大气压随高度的减小而增大,所以高处空气下降时,它所受到的压强增大,它的体积减小,气温就会升高,空气中水汽就蒸发消散。所以,高气压中心地区不利于云雨的形成,常常是晴天;反过来,如果某地区的气压低,周围地区的空气就在水平方向上向该地区流入,结果使该地区的空气上升,上升的空气体积因所受的压强减小而膨胀,气体温度降低,空气中的水汽就容易凝结,所以,低气压中心地区常常是阴雨天。
空气运动分为以下三种情况:
(1)水平气流的辐合和辐散;
(2)不同密度气团的移动;
(3)空气的垂直运动。
热力因子是气压周期性变化的原因,动力因子是气压非周期性运动的原因。辐合、冷平流造成气压升高,辐散、暖平流造成气压下降。
地面气压的日变化有单峰、双峰、三峰形式。双峰最为普遍的特点是一天有一个最高值、一个最低值、一个次高值和一个次低值。即9~10时是最高值,15~16时是最低值,21~22时是次高值,3~4时是次低值。陆地的日变化大于海洋,夏季大于冬季,山谷大于平原。纬度越高,日较差越小。气压年变化与纬度、空气下垫面性质(海洋、陆地、冰盖)海拔高度有关,大陆上气压最高值出现在冬季,最低值出现在夏季,由低纬向高纬增大。海洋上最高值出现在夏季,最低值出现在冬季。高山最高值出现在夏季,最低值出现在冬季。
标准海平面气压是大气处于标准状态下的海平面气压,其值为1 013.25 hPa或760 mm Hg。海平面气压是经常变化的,而标准海平面气压是一个常数。
由于飞机飞行时经常会采用气压式高度表测量飞机的飞行高度,因此,气压测量的准确与否直接关系到测得的飞行高度的准确性。
气压式高度表是飞机的主要航行仪表,是一个高度灵敏的空盒气压表,但刻度盘上标注的是高度。高度表刻度盘是标准大气压条件下按气压随高度的变化规律而确定的,即气压式高度表所测量的是气压,根据标准大气中气压与高度的关系,就可以表示出高度的高低。
图3-2所示的气压式高度表的主要作用就是在不同的大气条件下,把相应的海平面气压修正到标准大气条件下。这样,飞机在机场地面时,高度表应当显示机场海拔高度(场高)。高度表拨正值应当按照由空中交通管制席位的要求或航图要求及时调整。
飞机飞行时测量高度还可采用无线电高度表。无线电高度表所测量的是飞机相对于所飞越地区地表的垂直距离,无线电高度表能不断地指示飞机相对于所飞越地表的高度,并对地形的变化非常敏感,这既是它的优点,也是它的缺点。如果在地形多变的地区上空飞行,飞行员试图按无线电高度表保持规定的飞行高度,飞机航迹将随地形起伏。而且,如果在云上或能见度有限的条件下飞行,将无法判断飞行高度的这种变化是由于飞行条件受破坏造成的,还是由于地形影响引起的。这样就使无线电高度表的使用受到限制。因而,它主要用于校正仪表和在复杂气象条件下着陆使用。图3-3所示为飞机上用的无线电高度表。
图3-2 气压式高度表
图3-3 无线电高度表