¿Cómo cambia la presión del aire en el mismo lugar durante todo el año?
La relación entre los cambios de presión del aire y el clima estacional
La física de la escuela secundaria nos dice: "Los cambios en la presión atmosférica están estrechamente relacionados con el clima. En términos generales, el La presión del aire en los días soleados es mayor que en los días nublados. "La presión del aire en invierno es más alta que en verano. Incluso a los profesores les resulta difícil explicar esta narrativa con claridad". El autor cree que este problema puede atribuirse a la relación entre temperatura, humedad, flujo de aire y presión atmosférica. Déjame contarte mi comprensión inicial.
1. La relación entre la presión atmosférica y el tiempo: La presión atmosférica en los días soleados es mayor que en los días nublados (días lluviosos).
Primero, analicemos el efecto de la densidad del aire sobre la presión atmosférica. Lo que solemos llamar atmósfera es toda la capa de aire que rodea la Tierra. Además de gases como nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono, también contiene vapor de agua y polvo. Al aire con menos vapor de agua (es decir, baja humedad) lo llamamos "aire seco" y al aire con más vapor de agua (es decir, alta humedad) lo llamamos "aire húmedo". No crea que las cosas "secas" son necesariamente mejores que las "húmedas". El peso molecular del vapor de agua es 18,016, por lo que las moléculas de aire seco son más pesadas que las moléculas de vapor de agua. En las mismas condiciones, la densidad del aire seco también es mayor que la densidad del vapor de agua. En un día soleado, el aire es "aire seco" con bajo contenido de humedad y alta densidad, por lo que la presión atmosférica es relativamente alta. En los días nublados (lluviosos), el aire contiene mucha humedad, que es "aire húmedo", pero su densidad es pequeña, por lo que la presión atmosférica es relativamente baja.
Además, otra razón de la alta presión atmosférica en los días soleados es el impacto del movimiento del flujo de aire sobre la presión atmosférica. En circunstancias normales, el suelo irradia continuamente ondas largas de manera efectiva a la atmósfera, y la atmósfera también irradia continuamente radiación inversa al suelo. En los días soleados, el calor del suelo puede transportarse al exterior mediante una radiación efectiva y la divergencia ascendente de la capa de gas convectiva. En los días nublados, las nubes cubren la atmósfera superior, reduciendo la divergencia hacia afuera de la atmósfera troposférica. El efecto de las nubes en la preservación de la superficie de la Tierra y el calentamiento de las capas de líquido se conoce como "efecto invernadero". De esta manera, la atmósfera en las áreas nubladas se expande más dramáticamente, lo que hace que la atmósfera en las áreas nubladas se extienda lateralmente (horizontalmente) hacia afuera, lo que hace que el aire en las áreas nubladas fluya hacia afuera. Por supuesto, la densidad en los días nublados también disminuirá, lo que hará que la presión del aire sea menor en los días nublados que en los días soleados.
2. La relación entre la presión atmosférica y las estaciones: La presión atmosférica en invierno es mayor que en verano.
Los cambios de temperatura son un motivo muy importante de los cambios de presión del aire. A medida que el aire se enfría, se contrae, su densidad aumenta, el peso de la columna de aire por unidad de área aumenta y la presión del aire también aumenta. Entonces la llegada de aire frío siempre va acompañada de un aumento de la presión del aire; cuando llega aire caliente, la presión del aire tiende a disminuir. El invierno es un mundo de aire frío y el verano es un mundo de aire cálido, por lo que es obvio que la presión del aire es alta en invierno y baja en verano. Cabe señalar que, dado que la densidad del aire disminuye al aumentar la altitud, en términos generales, la presión del aire se compara a la misma altitud, y la más utilizada es la presión del aire al nivel del mar.
3. La relación entre la presión del aire y el tiempo: La presión del aire por la mañana y por la noche es mayor que la presión del aire al mediodía.
Para una misma zona, la presión del aire sobre el suelo será diferente en diferentes momentos del día, lo que se denomina variación diurna de la presión del aire. Durante un día, la presión atmosférica sobre la superficie terrestre tiene un valor máximo y un valor mínimo. La temperatura en la mañana y en la noche es relativamente baja, el aire en la atmósfera es relativamente seco y la humedad relativa es menor que al mediodía, que es "aire seco". Estas dos razones hacen que la densidad del aire sea mayor por la mañana y por la noche, por lo que la presión del aire es mayor por la mañana y por la noche. Al mediodía, la atmósfera continúa acumulando calor, lo que hace que su temperatura aumente y la humedad del aire aumente. A medida que aumenta la temperatura, la atmósfera gradualmente asciende y diverge. De las 15 a las 16 horas, la velocidad del movimiento ascendente y divergente de la atmósfera alcanza su máximo, y la humedad atmosférica también alcanza un valor elevado. Debido a la influencia de estos dos factores, la presión del aire al mediodía es menor que la de la mañana y la de la tarde.
4. La presión del aire cambia con la latitud geográfica
La composición de la atmósfera en la superficie terrestre cambia mucho y es vapor de agua. La gente llama al aire con más vapor de agua "aire húmedo" y al aire con menos vapor de agua "aire seco". Algunas personas creen intuitivamente que el aire húmedo es más pesado que el aire seco, lo cual es incorrecto. El peso molecular promedio del aire seco es 28,966, mientras que el peso molecular del vapor de agua es solo 18,106, por lo que la densidad del aire húmedo con más vapor de agua es menor que la del aire seco.
Es decir, bajo las mismas condiciones físicas, la presión del aire seco es mayor que la presión del aire húmedo.
En la superficie de la tierra, desde el ecuador hasta los polos, a medida que aumenta la latitud geográfica, por un lado, debido a la rotación de la tierra y la reducción del radio polar, la atracción terrestre a la atmósfera aumenta gradualmente y la densidad del aire aumenta. Por otro lado, debido a que la temperatura en las regiones polares es más baja y hay menos vapor de agua en el aire, se puede considerar aproximadamente como aire seco; Por lo tanto, desde el ecuador hasta los polos, a medida que aumenta la latitud geográfica, el patrón de cambio general de la presión del aire aumenta gradualmente (debido a la influencia del clima y otros factores, los cambios de presión del aire en algunos lugares pueden no seguir este patrón).
5. La presión atmosférica cambia con los cambios en la tierra y el agua.
También podríamos observar los cambios reales en la presión del aire en los continentes y océanos con la temperatura. Decimos que la temperatura del continente es más alta que la del océano en verano, y que la presión del aire del continente es menor que la del océano porque el aire del continente se difunde hacia el océano. En invierno, la temperatura en el continente es más baja que la del océano y la presión del aire en el continente es más alta que la del océano. Por tanto, entre los dos factores del cambio de temperatura y la difusión molecular, la difusión juega un papel importante y decisivo. Cabe señalar que la difusión mencionada aquí se refiere al flujo lateral de aire, porque el flujo vertical de aire no puede cambiar el peso de la columna de aire vertical (algunas publicaciones ② describen los cambios de presión causados por la temperatura como resultado de las fluctuaciones del aire). . Este p>
6.1 Cambios de la presión atmosférica con la altura del terreno
Desde una perspectiva microscópica, hay dos factores principales que determinan la presión del gas: uno es la densidad del gas n; temperatura termodinámica t del gas . En la superficie de la Tierra, a medida que se eleva el terreno, la atracción de la Tierra por las moléculas de gas atmosférico disminuye gradualmente y la densidad de las moléculas de aire disminuye, al mismo tiempo, la temperatura de la atmósfera también disminuye. aumenta, el valor de la presión atmosférica disminuye gradualmente. Si el aire en la atmósfera se considera un gas ideal, podemos derivar la fórmula que refleja aproximadamente el cambio de la presión atmosférica con la altitud de la siguiente manera:
p=. p0e? /RT
(μ es la masa molar promedio del aire, P0 es la presión atmosférica en la superficie, G es la aceleración de la gravedad en la superficie, R es la constante universal de los gases, T es la temperatura termodinámica de la atmósfera. , H es la altura de la columna de aire)
Se puede ver en la fórmula anterior que sin considerar la influencia de los cambios de temperatura atmosférica, el valor de la presión atmosférica disminuye exponencialmente con el aumento de la altitud geográfica h. La imagen de la función es como se muestra en la figura, dentro de 2 km, se cree aproximadamente que el valor de la presión del aire disminuye linealmente con el aumento de la altitud geográfica, más allá de los 2 km, el valor de la presión del aire disminuye gradualmente con el aumento de la altitud geográfica; Por lo tanto, en el pasado, los libros de texto de física de la escuela secundaria introducían: dentro de 2 kilómetros sobre el nivel del mar, el valor de la presión del aire se puede considerar aproximadamente. Por cada aumento de 1,2 metros, la presión del aire disminuye en 1 mm de mercurio.