Szabványosított légkör

A standardizált atmoszféra meghatározza a normál hőmérsékletet és nyomást ( TPN ), amely lehetővé teszi e két paraméter változásait a helytől és a figyelembe vett időtől függően. Itt a "normál" kifejezés a "  standard  " -ra (a konszenzussal elfogadott tetszőleges referenciaértékre) utal, és nem a "szokásos" kifejezésre. Abban a tenger szintje , a levegő „normálisan” a 15  ° C és 1013,25  hPa .

A kémia területén a normál hőmérséklet és nyomás (TPN) 0  ° C vagy 273,15  K és 1013,25  hPa , ekkor bármely gáz moláris térfogatát 22,4 l / mol értéken értékelik  (a tökéletes gáz feltételezése ). A 25  ° C-on , vagy 298  K és nyomáson 1013,25  hPa , feltételek úgynevezett környezeti hőmérsékleten és normál nyomáson ( TAPN ), ez a moláris térfogata értékeljük 24,5  l / mol .

De a légkör hőmérséklete és nyomása a földgömb helyzetétől , a magasságtól és a pillanattól függően változik ( évszak , napszak, helyi időjárási viszonyok stb.). A nyomás és a hőmérséklet úgynevezett „normál” értékeit a magasság függvényében határozzuk meg. Ezek az értékek sok kémiai és fizikai folyamatban nagy jelentőséggel bírnak , különös tekintettel a mérésekre.

Szabványosított légkör

Ha az ember figyelemre méltó magasságváltozásokra kíváncsi, akkor a magasság szerint meg kell határozni a normalizált értékeket; ezek a szabványosított atmoszférák.

A Föld légkörét számos hőmérséklet- és nyomásváltozás éri . Az értékek a földgömb pillanatától és helyzetétől függően rendkívül összetett módon változnak (sok paraméter miatt, például enyhülés, napsütés , páratartalom , szél , tengeráramlás hőmérséklete stb.), Ezért tipikus referenciaértékek vannak meghatározva, amelyek csak a magasságtól függenek.

Átfogó:

Alacsony magasságban, a légköri nyomás csökken a 1  hPa minden alkalommal, amikor emelkedik 8 méter, és a hőmérséklet körülbelül 1  ° C-on minden alkalommal, amikor emelkedik 150  m ( ISA értéke  : veszteség 6,5  ° C per kilométer, vagy 1  ° C for 154  m vagy 505 láb).

Egyezményes légkör

Az "ISA" néven ismert standard légkör ( International Standard Atmosphere ) egy légköri modell, amely leírja a nyomás , a hőmérséklet , a sűrűség és a viszkozitás változásait a magasságok széles tartományában . Különböző magasságú értékek táblázatából és néhány képletből áll, amelyek lehetővé tették ezen értékek kiszámítását. A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet ( ISO a Nemzetközi Szabványügyi Szervezetért) szabványként közzéteszi a Nemzetközi Szabványos Légkört ( ISA ) , az ISO 2533: 1975 szabványt . Más szabványügyi szervezetek , mint például a Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet és az Egyesült Államok kormánya , saját hatáskörükben teszik közzé ugyanazon légköri modell szabványainak kiterjesztését vagy részhalmazait.

Leírás

Az ISA modell a légkört lineáris hőmérséklet-eloszlással különböző rétegekre osztja. A többi értéket az alapvető és a levezetett fizikai állandókból számoljuk. Például a tengerszinten a standard 1013,25  hPa ( hektopaszkális ) nyomást , 15  ° C hőmérsékletet és −6,5 ° C / km adiabatikus termikus gradienst ad  . Ezután leolvashatjuk a táblázatot 11  km magasságban, a nyomás 226,32 hPa- ra csökkent, és a hőmérséklet -56  ° C-on volt . 11  km és 20  km között a hőmérséklet állandó marad.  

A nemzetközi szabvány légkörének rétegei Normál légkör 1976
Réteg Réteg neve H geopotenciális bázis magassága (km-ben) Z geometriai alap magassága (km-ben) Adiabatikus hőmérsékleti gradiens (℃ / km-ben) Alap hőmérséklet T (℃) Légköri nyomás a p alapon (Pa-ban)
0 Troposzféra 0 0 −6,5 15 101,325
1 Tropopauza 11. 11.019 0 −56.5 22,632
2 Sztratoszféra 20 20,063 1 −56.5 5,474,9
3 Sztratoszféra 32 32.162 2.8 −44,5 868.02
4 Stratopauza 47 47,350 0 −2,5 110,91
5. Mezoszféra 51 51.413 −2,8 −2,5 66.939
6. Mezoszféra 71. 71.802 −2,0 −58,5 39.564
7 Mezopauza 86 84,852 - −86.2 0,3734

Ebben a táblázatban a geopotenciális magasságot egy matematikai modell alapján számítják ki, amelyben a gravitáció gyorsulása a magasságtól függően változik (a gravitáció a négyzetek inverzének törvényét követi, mert a két test közötti gravitációs interakció fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével ). A geometriai magasság az a függőleges távolság, amely elválasztja az átlagos tengerszintet a szóban forgó tárggyal.

Az ISA modell az ISO TC 20 / SC 6 által meghatározott átlagos magassági átlagos körülményeken alapul  . A XX . Század közepe óta számos felülvizsgálat történt .

ICAO típusú légkör

A Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet (ICAO) meghatározza az "ICAO szabványos légkört". Ugyanaz a modell, mint az ISA , de 80 km (262 500  láb ) magasságig terjed  . Ezenkívül az ICAO szabványos légköre nem veszi figyelembe a vízgőzt . Egyébként fontos megjegyezni, hogy ezt az ICAO légkört használják a világon repülő összes repülőgép-magasságmérő kalibrálásához. Az "állandó magasságban" repülő repülőgép valójában "állandó légköri nyomáson" repül (izobárt követ), és nem párhuzamos a talajjal.

Az értékek a tengerszint vannak 1013,25  hPa légköri nyomáson, 15  ° C hőmérséklet és 0% relatív páratartalom. Ezeket az értékeket használjuk a repülési teljesítmény különféle jellemzőinek kiszámításához, mint például az állóképesség, a hatótávolság , a légsebesség és az üzemanyag-fogyasztás. A tengerszinttől eltérő barometrikus magasságra való hivatkozásként a hőmérsékletet az előírt adiabatikus hőgradiensnek megfelelően kell beállítani (amely az első 11 km-ben −6,5  ° C /  km ).

A repülés vonatkozásában:

A magassági nyomás a tengerszint hPa-ban és a magasság m- ben mért függvénye :

A meteorológia szempontjából ezt a modellt extrapoláljuk nagyobb magasságokra:

Az aeronómia szempontjából ezt a modellt kiterjesztjük a mezopauzára , 85  km magasságban: a hőmérséklet lineárisan csökken, és ezen a magasságon eléri a −90  ° C- ot.

Értéktáblázat

A következő értékeket kapjuk:

TROPOSZFÉRA
magasság
(m) 		nyomás (hPa) hőmérséklet
(℃)
 10 000  265  -50,0
 9000  307  -43,5
 8000  357  -37,0
 7000  411  -30,5
 6000  471  -24,0
 5000  541  -17,5
 4000  617  -11,0
 3500  658  -7,8
 3000  700  -4.5
 2500  746  -1,3
 2000  794  2.0
 1500  845  5.3
 1000  900  8.5
 500  955  11.8
 0  1013  15.0
TROPOPAUSE / STRATOSPHERE / STRATOPAUSE
magasság
(km) 		nyomás (hPa) hőmérséklet
(℃)
 50  0.9  +1
 40  3  -5
 30  11.  -38
 20  55  -46
 15  119  -56.5
 14  141  -56.5
 13.  165  -56.5
 12.  194  -56.5
 11.  227  -56.5
MESZFÉR ÉS TÖLTŐ
magasság
(km) 		nyomás (hPa) hőmérséklet
(℃)
 500  1,1 10 −8  -97,7
 400  4,4 10 −8  -97,3
 300  2,0 10 −7  -95,3
 200  1,3 10 −6  -82,2
 100  4,0 10 −4  -64
 60  2,5 10 −1  -20

Légkörhadsereg szabványos metró

A hadsereg standard Metro atmoszférában , használt ballisztikai , meghatározza a tenger szintje feltételek mellett, mint 29,527 5  in Hg ( 749,998 5  Hgmm ) nyomáson ( 999,916  hPa ), 59 ° F ( 15  ° C ), és a 78% d ' nedvességet .

Különböző szokásos légkörök

Megjegyzések és hivatkozások

  1. (in) Nemzetközi Szabványügyi Szervezet , Műlégkörben , az ISO 2533: 1975 1975.
  2. (in) Graham Gyatt, január 14, 2006: The Standard Atmosphere . Az amerikai standard légkör matematikai modellje 1976-ban.
  3. (in) DJ Auld, K. Srinivas, tulajdonságai A légkör , 2008, http://www.aeromech.usyd.edu.au/aero/atmosphere/
  4. (in) GK Batchelor, Bevezetés a folyadékdinamikába , Cambridge Univ. Sajtó, 1967.
  5. Kézi ICAO szabványos légkör (80 kilométerre (262 500 láb)) , Doc 7488/3 . Kiadás, 1993
  6. Amerikai hadsereg ballisztikus kutatólaboratóriuma, az amerikai hadsereg Aberdeen földje
  7. (az USA- ban) az ICAO szabványos légkörének kiterjesztése, az Egyesült Államok Kormányzati Nyomdai Irodája, Washington, DC, 1958-ban.
  8. (in) amerikai szabványos légkör , 1962 Az USA kormányának nyomdája, Washington, DC, 1962.
  9. (in) amerikai szabványos légköri kiegészítők , 1966 Az Egyesült Államok kormányának nyomtatási irodája, Washington, DC, 1966
  10. (in) amerikai szabványos légkör , 1976, USA kormánynyomtatási irodája, Washington, DC, 1976 (a fájl súlya 17  MB ).
  11. (in) NASA , az Egyesült Államok 1976. évi szabványos légköre .
  12. (a) C. Tomasi, V. Vitake, LV De Santis, relatív tömege optikai funkciók levegő, vízgőz, ózon és nitrogén-dioxid légköri modellek bemutató különböző földrajzi szélességi és szezonális kifejezések , Meteorológia és Légköri fizika, 1998, 65. kötet, 1. szám, 11–30. oldal, A cikk .pdf formátumban. .
  13. (in) FW Leslie és CG Justus , "  A NASA Marshall Space Flight Center Föld globális referencia légköri Model Version 2010  " , a NASA TM-2011-216467 ,2011( online olvasás )

Kapcsolódó cikkek