這個計算機的用途
本工具運用標準氣壓高度(測高)公式,估算特定海拔高度下的當地大氣壓力。這是一條純粹的物理公式,適用於地球上任何地點——預設高度 3776 公尺,剛好是日本富士山的標高。只要輸入您的海拔高度、當地氣溫與海平面氣壓,就能得出在該高度量測到的氣壓值。
如何使用
請輸入三個數值:以公尺為單位的海拔高度(高於海平面的高度)、所在地的氣溫(攝氏度)、以及以百帕(hPa)為單位的海平面氣壓(1013.25 hPa 等於一個標準大氣壓)。按下計算,即可得到當地氣壓 \(P\)(單位 hPa)。
公式說明
本計算機採用以下算式:
$$P = P_0 \left(1 - \frac{0.0065\,h}{T + 0.0065\,h + 273.15}\right)^{5.257}$$
其中 0.0065 為標準溫度遞減率(每公里下降 6.5 °C),273.15 用於將攝氏轉換為克氏溫標(K),5.257 則是標準大氣下的無因次指數 \(gM/(RL)\)。分母代表這段空氣柱的有效絕對溫度。海拔越高,上方壓在身上的空氣越少,氣壓也隨之下降。
實際範例
當 \(h = 3776\) 公尺、\(T = 5\) °C、\(P_0 = 1013.25\) hPa 時:\(0.0065 \times 3776 = 24.544\),分母為 \(5 + 24.544 + 273.15 = 302.694\),比值為 \(24.544 / 302.694 = 0.08109\),底數為 \(0.91891\),再取 5.257 次方得 \(0.64109\)。因此 \(P = 1013.25 \times 0.64109 \approx 649.6\) hPa,即富士山山頂的氣壓。
气压公式中使用的常数
气压公式 \(P = P_0\left(1 - \frac{L\,h}{T + L\,h + 273.15}\right)^{gM/(RL)}\) 依赖于从国际标准大气(ISA)中得出的一组标准物理常数。指数 5.257 不是独立输入,而是重力、摩尔质量、气体常数和温度递减率的衍生组合。
| 符号 | 含义 | 数值 |
|---|---|---|
| \(L\) | 温度递减率(对流层) | 0.0065 K/m |
| \(P_0\) | 标准海平面气压 | 1013.25 hPa |
| \(g\) | 标准重力加速度 | 9.80665 m/s² |
| \(M\) | 干空气摩尔质量 | 0.0289644 kg/mol |
| \(R\) | 通用气体常数 | 8.31447 J/(mol·K) |
| \(\tfrac{gM}{RL}\) | 无量纲指数 | 5.257 |
| — | 摄氏度至开尔文偏移 | 273.15 |
指数直接由其他常数得出:
$$\frac{gM}{RL} = \frac{9.80665 \times 0.0289644}{8.31447 \times 0.0065} \approx 5.257$$项 \(T + 0.0065\,h + 273.15\) 将输入的摄氏温度 \(T\) 转换为绝对开尔文温度,同时近似对应于你在高度 \(h\) 处测得温度的海平面温度。
常見問題
在海平面會發生什麼情況?當 \(h = 0\) 時,底數等於 1,所以 \(P\) 恰好等於 \(P_0\)。
海拔可以是負數嗎?可以;在海平面以下時,公式會算出大於 \(P_0\) 的氣壓值。
溫度為什麼會有影響?較冷、密度較高的空氣柱,氣壓隨高度下降的幅度會略有不同,而分母中的溫度項正是用來反映這項差異。