大气压与天气的关系

大气压的变化与季节天气的关系初中物理告诉我们：“大气压的变化跟天气有密切的关系．一般地说，晴天的大气压比阴天高，冬天的大气压比夏天高．”对这段叙述，就是老师也往往不易说清，笔者认为，这个问题可归结为温度、湿度、空气流动与大气压强的关系问题．今谈谈自己的初步认识．1.大气压与天气的关系：晴天大气压比阴天(雨天)大气压高首先我们来分析：空气密度对大气压的影响。我们通常所称的大气，就是包围在地球周围的整个空气层．它除了含有氮气、氧气及二氧化碳等多种气体外，还含有水汽和尘埃．我们把含水汽很少（即湿度小）的空气称“干空气”，而把含水汽较多（即湿度大）的空气称“湿空气”．不要以为“干”的东西一定比“湿”的东西轻．其实，干空气的分子量是28.966，而水汽的分子量是18.016，故干空气分子要比水汽分子重．在相同状况下，干空气的密度也比水汽的密度大．在晴天的时候，空气中水分含量少，属于“干空气”，密度大，所以大气压比较高。阴天(雨天)的时候，空气中水分含量多，属于“湿空气”，密度反而小，所以大气压比较低。此外，引起晴天大气压比较高另一个原因是：气流运动对大气压的影响。通常情况下，地面不断地向大气层进行长波有效辐射，同时大气也在不断地向地面进行逆辐射。晴天，地面的热量可以较为通畅地通过有效辐射和对流气层的向上辐散运动向外输运。阴天时，云层覆盖在大气层上方，减少了对流层大气向外的辐散运动。云层这种保存地表和对液层热量的作用称为“温室效应”。这样，阴天地区的大气膨胀就比较厉害，从而导致阴天地区的大气横向（水平）向外扩散，使得阴天地区的空气向外流动，当然阴天地区的密度也就会减小，从而导致阴天的大气压比晴天的大气压低。大气压和天气的关系气压跟天气有密切的关系。一般地说，地面上高气压的地区往往是晴天，地面上低气压的地区往往是阴雨天。这里所说的高气压和低气压是相对的，不是指大气压的绝对值。某地区的气压比周围地区的气压高，就叫做高气压地区；某地区的气压比周围地区的气压低，就叫做低气压地区。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。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，温度升高，空气中的凝结物就蒸发消散。所以，高气压中心地区不利于云雨的形成，常常是晴天。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，上升的空气因所受的压强减小而膨胀，温度降低，空气中的水汽凝结，所以，低气压中心地区常常是阴雨天。由于气压跟天气有密切的关系，所以各气象哨所每天都按统一规定的时刻观测当地的大气压，报告给气象中心，作为天气预报的依据之一。2.大气压与季节的关系：冬天的气压比夏天高空气温度的变化是引起气压变化的一个很重要的原因。当空气冷却时，空气收缩，密度增大，单位面积上承受的空气柱重量增加，气压也就升高。因此，冷空气一到，总是伴随着气压的升高；而在暖空气来临的同时，气压常常降低。冬天是冷空气的世界，夏季则是暖空气的天地，气压冬高夏低的道理也就很清楚了。需要注意的是，由于空气的密度是随高度的上升而减小的，所以，通常讲气压的高低，都是在同一海拔高度的层面上来做比较的，—般用的最多的是海平面气压。3.大气压与时辰的关系：早上和晚上的大气压比中午的高对于同一地区，在一天之内的不同时间，地面的大气压值也会有所不同，这叫大气压的日变化。一天中，地球表面的大气压有一个最高值和一个最低值。早上和晚上，气温相对较低，同时大气中的空气比较干燥，相对湿度较中午低，属于“干空气”，这两个原因造成了早上和晚上空气密度相对较大，所以在早上和晚上大气压比较高。而到中午的时候，大气不断的积累热量，使其温度升高，空气湿度增大。当温度升高后，大气逐渐向高空做上升辐散运动，在下午15～16时，大气上升辐散运动的速度达最大值，同时大气的湿度也达较大值，由于此二因素的影响，导致中午的大气压比早上、晚上的大气压低。4.大气压随地理纬度的变化地球表面大气层里的成份，变化比较大的就是水汽。人们把含水汽比较多的空气叫“湿空气”，把含水汽较少的空气叫“干空气”。有些人直觉地认为湿空气比干空气重，这是不正确的。干空气的平均分子量为28.966，而水气的分子量只有18.106，所以含有较多水汽的湿空气的密度要比干空气小。即在相同的物理条件下，干空气的压强比湿空气的压强大。在地球表面，由赤道到两极，随地理纬度的增加，一方面由于地球的自转和极地半径的减小，地球对大气的吸引力逐渐增大，空气密度增大；另一方面由于两极地区温度较低，所以空气中的水汽较少，可近似看成干空气，所以由赤道向两极，随地理纬度增加，大气压总的变化规律是逐渐增大(因气候等因素影响，局部某处的大气压值变化可能不遵循这一规律)。5．大气压随水陆的变化我们不妨来看一看大陆及海洋上气压随气温变化的实际情况．我们说，夏季大陆上气温比海洋上高，由于大陆上的空气向海洋上扩散，而使大陆上的气压比海洋上低；冬季大陆气温比海洋上低，由于海洋上空气要向大陆上扩散，又使大陆上气压比海洋上高．而由此可见，在温度变化和分子扩散两个因素中，扩散起着主要的、决定性的作用．应当指出，这里所说的扩散，是指空气的横向流动．因为由空气的纵向流动并不能改变竖直气柱的重量（有的文献②把因温度而产生的气压变化说成是空气沉浮的结果，这是不妥的），因而也就不能改变大气的压强（对重力加速度g因高度变化而产生的影响完全可以忽略）．6.1大气压随地势高低的变化从微观角度看，决定气体压强大小的因素主要有两点：一是气体的密度n；二是气体的热力学温度T。在地球表面随地势的升高，地球对大气层气体分子的引力逐渐减小，空气分子的密度减小；同时大气的温度也降低。所以在地球表面，随地势高度的增加，大气压的数值是逐渐减小的。如果把大气层的空气看成理想气体，我们可以推得近似反映大气压随高度而变化的公式如下：p=p0e?μgh／RT(μ为空气的平均摩尔质量，P0为地球表面处的大气压值，g为地球表面处的重力加速度，R为普适气体恒量，T为大气热力学温度，h为气柱高度)由上式我们可以看出，在不考虑大气温度变化这一次要因素的影响时，大气压值随地理高度h的增加按指数规律减小，其函数图象如图所示。在2km以内，大气压值可近似认为随地理高度的增加而线性减小；在2km以外，大气压值随地理高度的增加而减小渐缓。所以过去在初中物理教材中有介绍：在海拔2千米以内，可以近似地认为每升高12米，大气压降低1毫米汞柱。