ความดันของบรรยากาศที่ห่อหุ้มผิวโลกมีค่ากี่ PSI

ความดันบรรยากาศที่เรียกว่าเป็นความกดดันของบรรยากาศ (หลังบารอมิเตอร์ ) เป็นความดันภายในชั้นบรรยากาศของโลก บรรยากาศมาตรฐาน (สัญลักษณ์: ATM) เป็นหน่วยของความดันกำหนดเป็น 101,325  Pa (1,013.25  hPa ; 1,013.25  เอ็มบาร์ ) ซึ่งเทียบเท่ากับ 760 มิลลิเมตรปรอท , 29.9212 นิ้วปรอทหรือ 14.696 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว[1]หน่วย atm นั้นเทียบเท่ากับค่าเฉลี่ยความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลบนโลก นั่นคือความดันบรรยากาศของโลกที่ระดับน้ำทะเลอยู่ที่ประมาณ 1 atm    

ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ความดันบรรยากาศจะใกล้เคียงกับความดันไฮโดรสแตติกที่เกิดจากน้ำหนักของอากาศเหนือจุดวัด เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นจะมีมวลบรรยากาศที่อยู่น้อยกว่าดังนั้นความดันบรรยากาศจึงลดลงเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น แรงดันมาตรการต่อหน่วยพื้นที่กับหน่วย SIของpascals (1 Pascal = 1 นิวตันต่อตารางเมตร , 1  N / m 2 ) โดยเฉลี่ยคอลัมน์ของอากาศที่มีพื้นที่หน้าตัด 1 ตารางเซนติเมตร (ซม. 2 ) วัดจากค่าเฉลี่ย (โดยเฉลี่ย) ระดับน้ำทะเลไปด้านบนของชั้นบรรยากาศของโลกมีมวลประมาณ 1.03 กิโลกรัมและออกแรงบังคับหรือ " น้ำหนัก "ประมาณ 10.1 นิวตันทำให้มีความดัน 10.1 N / cm 2หรือ 101 kN / m 2 (101 กิโลปาสคาล, kPa) คอลัมน์ของอากาศที่มีพื้นที่หน้าตัดของ 1 ใน2จะมีน้ำหนักประมาณ 14.7 ปอนด์ฉผลในการกดดันของ 14.7 ปอนด์F / ใน2    

ความดันบรรยากาศเกิดจากแรงดึงดูดของโลกที่มีต่อก๊าซในชั้นบรรยากาศเหนือพื้นผิวและเป็นหน้าที่ของมวลของดาวเคราะห์รัศมีของพื้นผิวและปริมาณและองค์ประกอบของก๊าซและการกระจายตัวตามแนวตั้งในชั้นบรรยากาศ . [2] [3]มันถูกแก้ไขโดยการหมุนของดาวเคราะห์และผลกระทบในท้องถิ่นเช่นความเร็วลมการแปรผันของความหนาแน่นเนื่องจากอุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบ [4]

แผนที่แสดงความดันบรรยากาศเป็น mbar หรือ hPa

ความกดอากาศระดับน้ำทะเลเฉลี่ย 15 ปีสำหรับเดือนมิถุนายนกรกฎาคมและสิงหาคม (ด้านบน) และธันวาคมมกราคมและกุมภาพันธ์ (ด้านล่าง) ศก. -15วิเคราะห์ใหม่.

เครื่องวัดความสูงของเครื่องบินแบบบารอมิเตอร์แบบ Kollsman (เช่นเดียวกับที่ใช้ในอเมริกาเหนือ) แสดง ระดับความสูง 80 ฟุต (24 ม.) ปรับเทียบสำหรับความดันระดับน้ำทะเล 29.87 นิ้วปรอท

ความดันระดับน้ำทะเลเฉลี่ย (MSLP) คือความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลปานกลาง (PMSL) นี่คือความดันบรรยากาศที่ได้รับตามปกติในรายงานสภาพอากาศในวิทยุโทรทัศน์และหนังสือพิมพ์หรือบนอินเทอร์เน็ต เมื่อบารอมิเตอร์ในบ้านถูกตั้งค่าให้ตรงกับรายงานสภาพอากาศในท้องถิ่นจะแสดงความดันที่ปรับเป็นระดับน้ำทะเลไม่ใช่ความดันบรรยากาศในพื้นที่จริง

การตั้งค่าเครื่องวัดความสูงในการบินเป็นการปรับความดันบรรยากาศ

ความกดอากาศของระดับน้ำทะเลเฉลี่ยอยู่ที่ 1,013.25 มิลลิบาร์ (101.325 kPa; 29.921 inHg; 760.00 mmHg) ในการบินรายงานสภาพอากาศ ( METAR ) QNHจะถูกส่งไปทั่วโลกในมิลลิบาร์หรือ hectopascals (1 hectopascal = 1 มิลลิบาร์) ยกเว้นในประเทศสหรัฐอเมริกา , แคนาดาและโคลัมเบียซึ่งจะมีการรายงานในนิ้วของปรอท (ทศนิยมสองตำแหน่ง ). นอกจากนี้สหรัฐอเมริกาและแคนาดายังรายงานSLP ของความกดอากาศระดับน้ำทะเลซึ่งปรับตามระดับน้ำทะเลด้วยวิธีการที่แตกต่างกันในส่วนข้อสังเกตไม่ใช่ในส่วนที่ส่งระหว่างประเทศของรหัสในหน่วยเฮกโตปาสคาลหรือมิลลิบาร์ [5]อย่างไรก็ตามในรายงานสภาพอากาศสาธารณะของแคนาดาความกดอากาศของระดับน้ำทะเลจะถูกรายงานเป็นกิโลปาสคาลแทน [6]

ในข้อสังเกตรหัสอากาศของสหรัฐอเมริกาตัวเลขสามหลักจะถูกส่งไปทั้งหมด จุดทศนิยมและเลขนัยสำคัญที่สุดหนึ่งหรือสองหลักถูกละไว้: 1013.2 mbar (101.32 kPa) ถูกส่งเป็น 132; 1,000.0 mbar (100.00 kPa) ถูกส่งเป็น 000; 998.7  mbar ถูกส่งเป็น 987; เป็นต้นความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเลสูงสุดในโลกเกิดขึ้นในไซบีเรียโดยที่ไซบีเรียสูงมักจะได้รับความดันระดับน้ำทะเลที่สูงกว่า 1,050 mbar (105 kPa; 31 inHg) โดยสูงสุดเป็นประวัติการณ์ใกล้ 1,085 mbar (108.5 kPa; 32.0 inHg) . ความกดอากาศระดับน้ำทะเลต่ำสุดที่วัดได้พบที่ศูนย์กลางของพายุหมุนเขตร้อนและพายุทอร์นาโดโดยมีระดับต่ำสุดเป็นประวัติการณ์ที่ 870 mbar (87 kPa; 26 inHg)

ความดันพื้นผิวคือความดันบรรยากาศ ณ ตำแหน่งบนพื้นผิวโลก ( ภูมิประเทศและมหาสมุทร ) มันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของอากาศเหนือตำแหน่งนั้น

สำหรับเหตุผลที่ตัวเลขรุ่นบรรยากาศเช่นแบบจำลองการไหลเวียนทั่วไป (GCMs) มักจะทำนาย nondimensional ลอการิทึมของความดันพื้นผิว

ค่าเฉลี่ยของความดันพื้นผิวโลกคือ 985 hPa [7]ตรงข้ามกับความกดอากาศระดับน้ำทะเลที่หมายถึงซึ่งเกี่ยวข้องกับการคาดคะเนของความดันต่อระดับน้ำทะเลสำหรับสถานที่ที่อยู่เหนือหรือต่ำกว่าระดับน้ำทะเล ความดันเฉลี่ยที่ระดับน้ำทะเลปานกลาง ( MSL ) ในบรรยากาศมาตรฐานสากล ( ISA ) คือ 1,013.25 hPa หรือ 1 บรรยากาศ (atm) หรือ 29.92 นิ้วของปรอท

ความดัน (p) มวล (m) และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) สัมพันธ์กันโดย P = F / A = (m * g) / A โดยที่ A คือพื้นที่ผิว ดังนั้นความดันบรรยากาศจึงเป็นสัดส่วนกับน้ำหนักต่อหน่วยพื้นที่ของมวลบรรยากาศเหนือตำแหน่งนั้น

พายุท้องถิ่นเหนือส ไนล์แฟลสโจกุล ( ไอซ์แลนด์ ) ซึ่งแสดงให้เห็นเมฆที่ก่อตัวบนภูเขาโดยการ ยกตัวขึ้น

การเปลี่ยนแปลงของความดันบรรยากาศที่มีระดับความสูงคำนวณได้ 15 ° C และความชื้นสัมพัทธ์ 0%

ขวดพลาสติกนี้ถูกปิดผนึกที่ระดับความสูงประมาณ 14,000 ฟุต (4,300 ม.) และถูกบดขยี้โดยความดันบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นซึ่งบันทึกไว้ที่ 9,000 ฟุต (2,700 ม.) และ 1,000 ฟุต (300 ม.) ขณะที่มันถูกนำลงสู่ระดับน้ำทะเล

ความกดดันบนโลกแตกต่างกันไปตามระดับความสูงของพื้นผิว ดังนั้นความกดอากาศบนภูเขามักจะต่ำกว่าความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเล ความดันแปรผันอย่างราบรื่นจากพื้นผิวโลกไปจนถึงด้านบนสุดของเมโซสเฟียร์ แม้ว่าความกดดันจะเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพอากาศ แต่ NASA ได้เฉลี่ยเงื่อนไขสำหรับทุกส่วนของโลกตลอดทั้งปี เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นความดันบรรยากาศจะลดลง เราสามารถคำนวณความดันบรรยากาศที่ระดับความสูงที่กำหนดได้ [8]อุณหภูมิและความชื้นมีผลต่อความดันบรรยากาศด้วย ความดันเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิและแปรผกผันกับความชื้น และจำเป็นต้องรู้ทั้งสองอย่างนี้เพื่อคำนวณตัวเลขที่ถูกต้อง กราฟด้านบนได้รับการพัฒนาสำหรับอุณหภูมิ 15 ° C และความชื้นสัมพัทธ์ 0%

ที่ระดับความสูงต่ำเหนือระดับน้ำทะเลความกดอากาศจะลดลงประมาณ 1.2 kPa (12 hPa) ทุกๆ 100 เมตร สำหรับระดับความสูงที่สูงขึ้นภายในโทรโพสเฟียร์สมการต่อไปนี้ ( สูตรความกดอากาศ ) จะสัมพันธ์กับความดันบรรยากาศpกับระดับความสูงh :

โดยที่พารามิเตอร์คงที่อธิบายไว้ด้านล่าง:

พายุเฮอริเคนวิลมา 19 ตุลาคม 2548; 882 hPa (12.79 psi) ในตาของพายุ

ความดันบรรยากาศที่แตกต่างกันอย่างแพร่หลายในโลกและการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีความสำคัญในการศึกษาสภาพอากาศและสภาพภูมิอากาศ ดูระบบความดันสำหรับผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงความกดอากาศที่มีต่อสภาพอากาศ

แสดงให้เห็นความดันบรรยากาศ (วันละสองครั้ง) รอบเวลากลางวันหรือ semidiurnal เกิดจากทั่วโลกกระแสน้ำบรรยากาศ ผลกระทบนี้รุนแรงที่สุดในเขตร้อนโดยมีแอมพลิจูดไม่กี่มิลลิบาร์และเกือบเป็นศูนย์ในพื้นที่ขั้วโลก รูปแบบเหล่านี้มีสองวัฏจักรซ้อนทับกันคือวงจร circadian (24 ชม.) และรอบแบบกึ่งวงจร (12 ชม.)

ความกดอากาศที่ปรับสู่ระดับน้ำทะเลสูงสุดที่เคยบันทึกไว้บนโลก (สูงกว่า 750 เมตร) คือ 1084.8 hPa (32.03 inHg) วัดได้ในTosontsengel ประเทศมองโกเลียเมื่อวันที่ 19 ธันวาคม 2544 [9]ความกดอากาศที่ปรับสู่ระดับน้ำทะเลสูงสุดเท่าที่เคยมีมา บันทึก (ต่ำกว่า 750 เมตร) อยู่ที่ Agata ในEvenk Autonomous Okrugรัสเซีย (66 ° 53 '  N, 93 ° 28'  E, ความสูง: 261 ม., 856 ฟุต) เมื่อวันที่ 31 ธันวาคม 2511 จาก 1083.8 hPa (32.005 inHg) [10]การเลือกปฏิบัติเกิดจากสมมติฐานที่เป็นปัญหา (สมมติว่าเป็นอัตราการล่วงเลยมาตรฐาน) ที่เกี่ยวข้องกับการลดลงของระดับน้ำทะเลจากที่สูง [9]

Dead Sea , สถานที่ต่ำสุดในโลกที่ 430 เมตร (1,410 ฟุต) ต่ำกว่าระดับน้ำทะเลมีความดันบรรยากาศสูงตามลําดับตามแบบฉบับของ 1065  hPa [11]บันทึกความกดอากาศใต้ผิวน้ำระดับ 1081.8 hPa (31.95 inHg) เมื่อวันที่ 21 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2504 [12]

ความดันบรรยากาศที่ไม่ใช่ทอร์นาโดต่ำสุดที่เคยวัดได้คือ 870 hPa (0.858 atm; 25.69 inHg) ซึ่งตั้งไว้เมื่อวันที่ 12 ตุลาคม พ.ศ. 2522 ระหว่างพายุไต้ฝุ่นทิปในมหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตก การวัดขึ้นอยู่กับการสังเกตด้วยเครื่องมือที่ทำจากเครื่องบินลาดตระเวน [13]

บรรยากาศหนึ่ง(101.325 kPa หรือ 14.7 psi) ยังเป็นความดันที่เกิดจากน้ำหนักของคอลัมน์น้ำจืดประมาณ 10.3 ม. (33.8 ฟุต) ดังนั้นนักดำน้ำใต้น้ำ 10.3 เมตรจะสัมผัสกับความกดดันประมาณ 2 บรรยากาศ (อากาศ 1 atm บวกน้ำ 1 atm) ในทางกลับกัน 10.3 ม. คือความสูงสูงสุดที่น้ำสามารถขึ้นได้โดยใช้แรงดูดภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐาน

ความดันต่ำเช่นท่อก๊าซธรรมชาติบางครั้งจะระบุเป็นนิ้วของน้ำโดยทั่วไปจะเขียนว่าwc (water column) gauge หรือwg (inches water gauge) เครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไปที่ใช้แก๊สในสหรัฐอเมริกาได้รับการจัดอันดับสูงสุด 1/2 psi ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 14 wg (3487 Pa หรือ 34.9 millibars) หน่วยเมตริกที่คล้ายกันกับความหลากหลายของชื่อและสัญกรณ์อยู่บนพื้นฐานของมิลลิเมตร , เซนติเมตรหรือเมตรในขณะนี้มีการใช้น้อยกว่าปกติ

น้ำบริสุทธิ์เดือดที่ 100 ° C (212 ° F) ที่ความดันบรรยากาศมาตรฐานของโลก จุดเดือดคืออุณหภูมิที่ความดันไอเท่ากับความดันบรรยากาศรอบน้ำ [14]ด้วยเหตุนี้จุดเดือดของน้ำจึงต่ำกว่าที่ความดันต่ำกว่าและสูงกว่าที่ความดันสูงกว่า ดังนั้นการปรุงอาหารในพื้นที่สูงจึงต้องมีการปรับเปลี่ยนสูตรอาหาร[15]หรือการปรุงอาหารด้วยแรงดัน การประมาณระดับความสูงคร่าวๆสามารถหาได้โดยการวัดอุณหภูมิที่น้ำเดือด ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 วิธีนี้ถูกใช้โดยนักสำรวจ [16]

การประยุกต์ใช้ความรู้ที่สำคัญที่ว่าความดันบรรยากาศแปรผันตรงกับระดับความสูงคือการกำหนดความสูงของเนินเขาและภูเขาเนื่องจากมีอุปกรณ์วัดความดันที่เชื่อถือได้ ในปี 1774 Maskelyneได้ยืนยันทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตันที่และบนภูเขาSchiehallionในสกอตแลนด์และเขาจำเป็นต้องวัดระดับความสูงที่ด้านข้างของภูเขาอย่างแม่นยำ วิลเลียมรอยโดยใช้ความดันบรรยากาศสามารถยืนยันการกำหนดความสูงของ Maskelyne ได้ข้อตกลงอยู่ที่ภายในหนึ่งเมตร (3.28 ฟุต) วิธีนี้กลายเป็นประโยชน์อย่างต่อเนื่องสำหรับงานสำรวจและการจัดทำแผนที่ [17]

• บรรยากาศมาตรฐานปี 2519จากNASA
• ซอร์สโค้ดและสมการสำหรับบรรยากาศมาตรฐานปี 1976
• แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของบรรยากาศมาตรฐานสหรัฐฯปี 1976
• เครื่องคิดเลขโดยใช้หลายหน่วยและคุณสมบัติสำหรับบรรยากาศมาตรฐานปี 1976
• เครื่องคำนวณให้ความดันอากาศมาตรฐานที่ระดับความสูงที่กำหนดหรือระดับความสูงที่ความดันจะเป็นมาตรฐาน
• แผนที่ปัจจุบันของความกดอากาศระดับน้ำทะเลปานกลางทั่วโลก
• เครื่องคิดเลขบรรยากาศและตัวแปลงความสูงทางเรขาคณิตถึงความดัน

การทดลอง

• ภาพยนตร์เกี่ยวกับการทดลองความดันบรรยากาศจาก รัฐจอร์เจียมหาวิทยาลัย 's เว็บไซต์ HyperPhysics - ต้องการ QuickTime
• ทดสอบแสดงกระป๋องที่ถูกบดหลังจากน้ำเดือดข้างในจากนั้นย้ายลงในอ่างน้ำเย็นที่เป็นน้ำแข็ง