飞行气象学：1-2 大气的基本物理状态2

第一章 大气基本物理现状,第 二节 大气的基本物理状态,二、大气压强,（一）气压概念 （二）气压的单位 （三） 气压随高度的变化 （四）航空上常用的几种气压 （五）气压与高度 （六）气压随时间的变化 （七）水平气压场,（一）气压概念,气压即大气压强，是指与大气相接触的面上，空气分子作用在每单位面积上的力 。 在气象上，通常用测量高度到大气上界的单位横截面积上的垂直大气柱的重量来表示。,（二）气压的单位,百帕：hPa 毫米汞柱：mmHg 英寸汞柱：inHg 1个大气压 = 1013.25 hPa = 760 mmHg = 29.92 inHg 1mmHg 1.333hPa 1hPa 0.75mmHg,规律： 气压总是随高度递减 随高度递减的快慢程度：低层较快，高层较慢。 在近地面层中，高度每升高100米，气压约降低12.7hPa（9.5mmHg）。,（三）气压随高度的变化,气 压 随 高 度 的 变 化,气压随高度增加而降低： 在大气处于静止状态时，某一高度上的气压值等于其单位水平面积上所承受的上部大气柱的重量。 随着高度增加，其上部大气柱越来越短，且气柱中空气密度越来越小。,（三）气压随高度的变化,1. 大气静力学基本方程（Equation of Static Equilibrium） 大气静力学基本方程（简称静力方程）表示：大气在垂直方向上所受的作用力达到平衡时，气压随高度变化的定量关系，即 dp = - gdz 静止大气中气压随高度的变化特点： Z不变的情况下，随高度增加，空气密度减小，P随之减小。即随高度增加，气压随高度降低的越慢。 同一高度处，气温高的地区气压降低得比气温低的地区慢。,（三） 气压随高度的变化方程,1. 大气静力学基本方程 2. 压高公式（Barometric height formula） 压高公式压力和高度间的定量关系： z2 -z1= 18400(1+ tm)lg(p1/p2) 其中 =1/273，tm为气温 可用于标准大气条件下气压与高度间的换算，并根据这些数据制作飞机上的气压高度表。,三、 气压随高度的变化方程,单位气压高度差（h）,在铅直气柱中，气压变化1hpa时所对应的高度差，称为单位气压高度差。 dp = - gdz -dZ/dP：单位气压高度差h h= -dZ/dP=1/ g h的大小表示气压随高度变化的快慢。 高空的h比低空的h大。 低层、高层大气密度不同 在暖的地方，单位气压高度差h比冷地方要大。 温度越高，空气密度越小 近地面高度每增加30ft，气压约下降1hpa。,单位气压高度差h的应用举例,已知塔台高70m，机场标高10m，塔台上的气压表测得该高度上的气压值为986hPa，求QNH?（h=8m/hPa） 平均海平面高度表拨定：已知场压为998hPa，机场跑道的海拔高度为24m，h=8m/hPa,求QNH? QNH98670/8+10/8=996hPa？ QNH= 99824/81001hPa？,（四）航空上常用的几种气压,1、本站气压 2、修正海平面气压 3、场面气压 4、标准海平面气压,1.本站气压（ station pressure ）,本站气压是指气象台气压表直接测得的气压； 由于各测站所处地理位置及海拨高度不同，本站气压常有较大差异。 每小时测定一次。,2.（修正）海平面气压QNH,sea-level pressure （修正）海平面气压是由本站气压按标准大气条件推算到同一地点海平面高度上的气压值 。 海拨高度大于1500米的测站不推算（修正）海平面气压 。 海平面气压用于绘制地面天气图。,3.场面气压QFE,aerodrome/surface pressure 场面气压一般是指离跑道面三米高(相当于飞机重心高度)处的气压。 国际民用航空公约附件三中，建议用着陆跑道入口端处的气压，通常可用机场标高处的气压代替。多在飞机起飞和着陆时使用。 场面气压由本站气压推算出来的。,4.标准海平面气压QNE,standard atmospheric pressure 大气处于标准状态下的海平面气压称为标准海平面气压。 值为1013.25hPa或760mmHg 用于飞机在航线上的飞行。,(五)气压与高度,1、飞机上常用的测高方法及特点 2、飞行中常用的气压高度,1、飞机上常用的测高方法及特点,无线电高度表测高 较精确地测得飞机距地表的距离。 飞机离地后无线电高度表就开始连续工作一直到飞机接地。 气压式高度表测高 根据气压随高度 变化原理可以表 示飞机相对高度 的高低。,2、飞行中常用的气压高度,场面气压高度（QFE） 标准海平面气压高度（QNE） 修正海平面气压高度（QNH）,（六）气压随时间的变化,任何地方的气压都在随着时间的不同而改变。 气压的周期性变化： 日周期变化： 最高值：上午910点 最低值：下午1516点 次高值：2122点 次低值：次日凌晨34点 年周期变化：随海陆、地理纬度不同。,（六）气压随时间的变化,气压的非周期性变化：气压变化不存在固定的周期。 实际的气压变化是这两种变化因素综合作用的结果（主要作用，次要作用，不固定，有时双方还会互相转化）。 热带地区，气压的周期性变化较明显； 中纬度地区，气压的非周期性变化较大。,（七）水平气压场,水平气压场指某一水平面上的气压分布 将海拔高度在1500m以下的各气象观测站推算出的海平面气压填在一张图上，绘出等压线，则可显示海平面上的气压分布,表示气压场的方法,等压线：气压相同各点的连线 等压面：曲面，气压比四周高的地方，等压面上凸，气压比四周低的地方，则等压面下凹。,气压梯度,方向：垂直于等压面从高压指向低压 大小：沿这个方向单位距离内的气压差 用- P/ N表示,水平气压梯度 大小：Gn= - P/ n 方向：垂直于等压线，从高压指向低压。,水平气压梯度,在天气图上，等压线的疏密程度，反映了水平气压梯度的大小。 等压线越密，水平气压梯度越大，等压线越稀疏，水平气压梯度越小。,气压场的基本形式,低压（Low Pressure；Cyclone） 高压（High Pressure；Anticyclone ） 低压槽（Trough） 高压脊（Ridge） 鞍形气压区（Col）,气压场的基本形式,气压场的基本形式,暖性高压与冷性高压,天气图实例,等压面图实例,基本气象要素对飞行的影响,1 气温对飞行的影响 2 气压对飞行的影响 3 湿度对飞行的影响,飞机升力与成正比，假设P一定，在高温下减小，所以发动机的功率下降。 飞机增速缓慢，起飞滑跑距离增长 着陆也类似，接地速度VL0.95*(2G/Cy* *S)1/2 VL增大，着陆滑跑距离增长。 影响飞机爬升动力 减载 相当于高海拔机场，跑道长 如果高空温度比正常值为高时，所需油料更多，才能维持正常的巡航动力准备飞行计划时，需要高空温度数据来决定所需油料。,1、气温变化对飞行的影响,1、气温变化对飞行的影响,1 对巡航速度和最大平飞速度的影响 2 对燃料消耗、载荷和升限的影响 3 对飞机起飞/着陆的影响 4 对气压高度表和空速表的影响,H=Hp*Tm/Tms H：真高 Hp：表高 Tm：气层平均温度 Tms：标准大气的气层平均温度 飞行员可输入机载温度记录，通过导航计算机或与无线电高度表示度进行比较以确定真高。,1、气温变化对飞行的影响,当飞机按照固定的仪表指示高度从暖气团飞向冷气团的时候，飞机的真实高度是不断降低的。,温度误差示意图,在比标准大气暖的空气中飞行时，高度表示度将低于实际飞行高度。 在比标准大气冷的空气中飞行时，高度表示度将高于实际飞行高度。,气压误差示意图,3、空气密度对飞行性能的影响,飞机的飞行性能主受大气密度影响。 实际大气密度 标准大气密度 空气作用于飞机的力增大； 发动机功率增加，推力增大。 飞行性能变好： 最大平飞速度增大 最大爬升率增大 起飞载重量增大 起飞、滑跑距离缩短 实际大气密度 标准大气密度 相反。,4、湿度对飞行的影响,高湿区域： 由于湿度高空气的密度小，所以飞机起飞滑跑距离增长，爬升率下降，着陆速度增大，载重量减小。 干燥区域：相反,假设T不变，降低，P减小 低气压保持飞行高度飞机更快的速度发动机推进力更多大耗油多高速飞行的喷气飞机耗油 高度换速度 机场海拔高度越高平均P降低较长的跑道，以应起飞之需 影响飞机爬升动力 减载,气压变化对飞行的影响,飞机自高压区飞进低压区，若高度表不修正，则表高真高，此时飞机可能有撞山等危险。反之，飞机自低压区飞进高压区，若高度表不修正，则表高真高，此时飞机降落时有落空的可能性。,气压误差示意图,