大气压力变化(非高中物理)
1大气压的存在已经为人们所熟知，相关知识也成为小学和初中课本中必不可少的内容。早在300多年前，意大利科学家托里切利首先测量了大气压力。到目前为止，气象站使用的水银气压计是托里切利发明的。
根据托里切利实验，大气压力(P)可以通过水银气压计中水银柱的高度(H Hg)来测量，其换算公式为
P=ρ Hg gh Hg
ρ水银是水银的密度，g是重力加速度。
大气压也可以用另一种方式表示。
或者p = p=ρRT。
常数，t是空气的热力学温度，上面的公式叫做空气的物态方程，表示空气的压强、密度和热力学温度的关系。
空气是一种混合气体。根据混合气体分压定律，大气压也可以分解为干燥空气(氮气、氧气、氩气等)的分压之和(pDry)。)和水蒸气的分压(E)，即p = pDry+E .由于空气中水蒸气的含量是有限的(其范围在0-4%之间)，所以P是干的。水汽压是空气湿度的基本参数之一。
根据无数次的测量和大量的数据，不同的高度，不同的地方，不同的时间，大气压力是不同的。但这些变化并不是由空气湿度的变化引起的，而是由地球引力、大气环流(围绕地球无休止的大气运动称为大气环流)、自然地理条件(纬度、海陆分布和地形地貌等)等动力和热力因素引起的。)和大气本身的性质(大气具有可压缩性、流动性和连续性)。换句话说，空气中水蒸气含量的增减对压力的影响不大。当空气湿度增大时，气压可能增大或减小；当湿度降低时，气压也会升高或降低。下面简单分析一下大气压力的变化，供参考。
2.1大气压随高度的变化
简单来说，因为大气压在数值上等于单位面积垂直大气柱的重量，所以你离开地面越高，大气越稀薄，大气柱越短，大气压越小。这一点早就被帕斯卡和他的朋友们在1648中证实了。更准确地说，是由于地球引力和大气的可压缩性。随着高度的增加，空气越来越稀薄，密度越来越小，温度不断降低。根据状态方程，空气密度和温度越低，大气压越小。一般来说，随着高度的增加，大气压呈指数下降。
在实际工作中，经常用单位气压的高度差(H)来表示气压随高度增加而下降的速度。
p是以百帕为单位的气压，a = 1/273，t是以摄氏度为单位的温度值。可以看出，在相同温度下，气压越高，单位气压的高度差越小，气压随高度增加下降越快；在气压相同的情况下，温度越高，单位气压高度差越大，气压随高度的增加下降越慢。当海拔较低，且要求精度不太高时，可以用单位气压的高度差来计算气压或海拔。计算时一般采用上下两点气压和温度的平均值。按压高度的更准确的公式是
其中z2-z1为上下点的高度差，tm为z1和z2之间的平均温度，P1和p2分别为z1和z2高度处的压力值。根据上述公式和标准大气温度与高度的关系，利用空盒气压计对飞机上的高度表进行改造(气压刻度改为高度刻度)。
2.2大气压力沿水平方向的变化
通常情况下，大气压力在水平方向的分布是不均匀的(所以空气受到一个从高压到低压的净压力——水平压力梯度力，引起空气的水平运动)。将空间中气压相同的所有点连接起来，形成一个空间等压面。等压面的形状不均匀，有的地方凸，有的地方凹。凸的地方气压比周围高，凹的地方气压比周围低。等压线(气压相等的点的连线)用来表示海平面气压区划图上气压分布的特征。用等压线表示的各种高低压区称为气压系统。结合等压面的空间形状，气压系统可分为:高压(高压)、低压(低压)、高压脊(脊)、低压槽(槽)、马鞍形气压场(鞍)等(如图)。
在低压区，由于地面的摩擦和地球自转产生的地转力，空气向中心区逆时针汇聚(所以低压也叫气旋)，在低压中心附近形成上升气流，将地面附近和低层大气中的大量水汽和凝结的结核输送到高空；由于上升空气的膨胀和冷却作用，水蒸气凝结生成云。所以低压区多是阴雨天气。在高压区，空气从中心区向四面八方顺时针发散(高压也叫反气旋)，使得高压中心附近出现下降气流，因此高压区多为晴天。
从多年平均海平面气压分布可以看出，赤道附近有一个低压区，称为赤道低压区；从赤道向北，气压逐渐增大，在南北纬30°附近达到最高值。这个高压区被称为副热带高压区。由此继续向高纬度发展，气压逐渐降低，在南北纬60°附近达到最低，称为副热带低压区。再往南北极，气压逐渐上升，靠近极地是高压区，称为极地高压。这种大气压力的纬向分布是由太阳辐射沿纬度的纬向分布和地球自转引起的。
由于地表的异质性(纬度、海陆分布和地形等。)，水平方向的热力和动力效应的差异是非常复杂的。因此，详细分析月平均海平面气压分布图，气压并不是严格地带性的，而是呈现出许多封闭的高低压系统，这些系统被称为大气活动中心。这些大气活动中心有的常年存在，称为永久性大气活动中心；有些有明显的季节变化，称为半永久性大气活动中心。例如蒙古高压、印度低压、北太平洋副热带高压和阿留申低压等。这四个半永久性和永久性大气活动中心的相对位置和强度的变化与中国的天气变化密切相关。
2.3大气压力的日变化和年变化
地压日变化的一般规律是:一天内有一个最高值和一个次高值；最低值和第二低的值。最高值出现在9 ~ l0，次高值出现在21 ~ 22。最低值和次低值分别出现在15 ~ 16和3 ~ 4。两个非对称日变波的出现显示了12小时的周期。气压最高值和最低值的出现与气温的日变化有关:白天，由于太阳辐射的加热作用，空气膨胀上升，到达一定高度后向四周发散，导致气柱质量和地面气压下降；在夜间，由于地面和大气的辐射冷却作用，空气柱收缩，空气周围的气流汇聚，增加了空气柱的质量，增加了地面压力。第二高值和第二低值的成因比较复杂，一般认为与太阳引起的大气潮汐效应有关。
气压的年变化与海陆性质、地理纬度、海拔高度等自然地理条件有关。大陆上一年中气压的最高值出现在寒冷的冬季，最低值出现在温暖的夏季，年振幅较大，年振幅随纬度的增加而增加。海洋一年中的最高气压出现在夏季，最低气压出现在冬季，年振幅较小。山区年气压最高出现在夏季，最低出现在冬季，年振幅也较小。
气压的非周期性变化与气压系统的运动和演化有关。在中高纬度地区，由于高低压系统移动变化频繁，气压的非周期性变化比低纬度地区更明显。气压随时间的突然变化往往是天气突变的征兆。一般来说，气压的降低或低压系统的靠近预示着阴雨天气，而高压系统的到来则多为晴天。因此，掌握气压随时间的变化与天气变化的关系，在天气预报中是极其重要的。