船员对海上的气象海况比较敏感,大型天气系统最直观的判断是通过大气压。比如说,冬季中国东部沿海,过1020hPa等压线必定有大风。
现在船上有了气导,也有气象接收软件,可以通过GPS船位在天气系统中的位置,判断本船所处的天气状况。可是,天气系统是多变的,接受的气象信息通常是6小时预告,气导也是通过预告信息给船上进行指导。所以,接收的气象信息是滞后的。
气象预报的信息来自气象信息采集站,所以气象预报往往是大范围的预报,会遗漏局部小的天气形势。例如冬季中国南海气旋,经常是突然在气象图上跳出来。所以船上要充分利用自己观测的气象信息,结合气象预报的天气形势,判断本船可能遭遇的天气。
船上的气压值来自于空盒气压计。在这里,主要说说船上的空盒气压计,说一说,我见过的问题:
1、空盒气压计挂在墙上,错,应该平放;由于船舶是动态的可能是摇动的,挂在墙上固定说的过去。
2、气压计度数不修正到海平面直接记录。LOGBOOK记录的是海平面气压,气压计高出海平面二十几米,需要修正。
3、气压计没有经过岸上专门校正机构校核。这个现在不是强制法规要求。
先说一说重点:
海平面的气压修正,在常温下,取 h=8m/hPa,即高度每升高8米,气压下降1百帕,这个修正的精度对船舶来说已经足够了。
通常,对一条船来说,修正只有两个,用贴纸粘在气压计边上即可。例如,通常的好望角型船,满载一个修正“+2.8hPa”,空载一个修正“+3.8hPa”。把气压计的高度修正贴在气压计边上是良好船艺的表现。
温度修正等也有,只是比较小,船舶使用可以不作考虑。
提醒,驾驶员读气压表的时候,不要太用力,用手指头敲表盘是对的,但是用力过猛会敲漏的。
建议,针对空盒气压计,如果有机会,应该经常比对气象传真图,估算并记录设备的固定误差。
下面普及一下大气压的知识,顺便了解一下气压修正原理。
一、大气压强
大气对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强,简称大气压或气压。 1654年格里克在神圣罗马帝国的雷根斯堡(今德国雷根斯堡)做了著名的马德堡半球实验,有力地证明了大气压强的存在,这让人们对大气压有了深刻的认识。
然而早在1643年,意大利科学家托里拆利就在一根1米长的细玻璃管中注满水银/汞,倒置在盛有水银的水槽中,发现玻璃管中的水银大约下降到760毫米高度后就不再下降了。这760毫米刻度之上的空间无空气进入,是真空。托里拆利据此推断大气的压强就等于水银柱产生的压强,这就是著名的托里拆利实验。
标准大气压(Standard atmospheric pressure)是在标准大气条件下海平面的气压,标准大气压为:1.013×10^5Pa(帕斯卡),等于760mm汞柱产生的压强。
液体压强计算公式:P=ρgh,水银的密度是13.6×10^3千克/立方米。1标准大气压=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.339m水柱。1标准大气压=101325 N/㎡。
经过换算:一个标准大气压=1.013*10^5帕(百帕)
1毫米水银(汞柱)柱高=4/3百帕(百帕)
1个标准大气压=760mm水银(汞柱)柱高
国家标准GB1920-80 标准大气(30公里以下部分)规定:选取1976年美国标准大气,其30公里以下部分作为我国国家标准,30公里以上部分可参考使用。标准重力加速度g=9.80665 N/kg,海平面绝对温度T=288.150 K,海平面空气密度ρ=1.2250 kg/m^3。
在最近的科学工作中,为方便起见,有另外将1标准大气压定义为100kPa的,记为1bar。故提到标准大气压,也可以指100kPa。
地面上标准大气压约等于760毫米高水银柱产生的压强。由于测量地区等条件的影响,所测数值不同。
二、气压随高度的变化
1、大气静力方程
大气压力是随高度的增加而降低的。当一空气块在保持静力平衡状态,水平方向上各面受力相互抵消的条件下,它在垂直方向上所受向上净压力(上、下压力差)必为重力所平衡。
大气静力方程明两个不同高度上气压的差值(dp),等于这两个高度间单位截面积空气柱的重量(ρgdz)。
dp=-ρgdz, ρ为气块密度 g为重力加速度
2、单位气压高度差
指在垂直空气柱中气压相差一个单位值(通常指1百帕)所对应的高度差。
用单位气压高度差来表示气压随高度增加而降低的快慢程度。即 h=-dz/dp
气压变化1hPa时,h= -dz/dp = -dz/-ρgdz = 1/ρg
上式表明,h值是随空气密度而变化的。在密度大的气层中,上升较低的高度气压就降低1百帕,表示气压随高度的增加而减低得很快;在密度小的气层中,则需上升较高的高度才能使气压降低1百帕,表示气压随高度的增加而减低得较慢。
3、船用气压高度差公式
理想气体状态方程 PV=NRdT,空气密度ρ=P/RdT,Rd=0.287J/(g·℃),g=980cm/s代入上式:
h = 1/ρg = RdT/Pg = 273Rd(1+αt)/Pg = 8000/P(1+αt)
式中α=1/273,t 为气层内的平均温度。
海面上几百米以内气体,取气压为1000hPa,温度为0℃参照,得到:h= 8m/hPa 。
即:高度每增加8米,气压下降1hPa
(某些教科书使用10,本人从航海课本内摘取的资料,所以本人主张h= 8m/hPa作为订正参数)
4、拉普拉斯压高公式:
此公式是对大气静力方程的积分计算。压高公式表征了气压随高度的变化规律,即通过铅直方向上两点的气压来求高度差,其中t取气层的平均温度。此公式对船上应用不大,仅作知识延伸。
以下内容节选自空盒气压计的厂家说明:
船上检测气压的修正
气象台站测的气压值为本站气压,为比较各台站间的气压值,需作海平面气压订正。海平面气压订正=本站气压+测站海拔高度的假想气柱的重量
海平面气压的计算公式是:
P0=Ps×10^[h/18400(1+Tm/273)]
式中
P0为海平面气压,单位hPa;
Ps为本站气压,单位hPa;
h为气压传感器拔海高度,单位为m;
Tm为气柱平均温度,单位为℃,Tm=(t+t12)/2+h/400;
t为干球温度,单位℃;
t12为观测前12小时气温,单位℃。
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