标准大气( standard atmosphere ),铅直方向温度、气压和密度按一种假定的规律分布的模式大气。它广泛应用在航空航天设计、飞行器技术、军事和大气探测中。在一个时期内,只能规定一个标准大气,这个标准大气,除相隔多年进行修正外,不允许经常变动。
1919年A.图森提出第一个国际标准大气提案,模式采用海平面温度为15℃;在11千米以下高度每增加100米,温度降低0.65℃;在11~20千米范围内,温度保持−56.6℃。此提案在1920年作为制定早期航空标准大气的基础,1922年为欧洲很多国家所采用。此模式给定的对流层中温度的分布,至今仍为现代各标准大气所采用。多年来国际上曾出现过多种大气模式,包括美国标准大气(USSA–1976),国际标准化组织(ISO)、世界气象组织(WMO)、国际民用航空组织(ICAO)和空间研究委员会(COSPAR)等采用的标准大气或参考大气。
1976年美国标准大气部分资料
几何高度 (km) |
位势高度 (km) |
温度 (K) |
气压 (hPa) |
密度 (kg/m3) |
分子量 (kg/kmol) |
重力加速度 (m/s2) |
温度梯度 (K/km) |
层次 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 0 | 288.150 | 1.013 25×103 |
1.225 0×100 | 28.964 | 9.806 6 | −6.5 | 对流层 | |
11.019 | 11 | 216.650 | 2.263 2×102 3.639 2×10−1 |
28.964 | 9.772 7 | 0.0 | 平流层 | ||
20.063 | 20 | 216.650 | 5.474 8×101 | 8.803 5×10−2 |
28.964 | 9.745 0 | +1.0 | 32.162 | |
32 | 228.650 | 8.680 1×100 | 1.322 5×10−2 |
28.964 | 9.708 2 | +2.8 | 47.350 | 47 | |
270.650 | 1.109 0×100 | 1.427 5×10−3 |
28.964 | 9.662 2 | 0.0 | 中间层 | 51.413 | 51 | |
270.650 | 6.693 8×10−1 |
8.616 0×10−4 |
28.964 | 9.649 9 | −2.8 | 71.802 | 71 | 214.650 | |
3.956 4×10−2 |
6.421 1×10−5 |
28.964 | 9.588 8 | −2.0 | 85.5 | 84.365 | 187.920 | 4.080 2×10−3 | |
7.564 1×10−6 |
28.964 | 9.548 1 | 86 | 84.852 | 186.87 | 3.733 8×10−3 |
6.958×10−6 | 28.95 | |
9.546 6 | 0.0 | 热层 | 91 | 89.716 | 186.87 | 1.538 1×10−3 |
2.860×10−6 | 28.89 | |
9.531 8 | 椭圆函数 | 110 | 108.129 | 240.00 | 7.104 2×10−5 |
9.708×10−8 | 27.27 | 9.475 9 | |
12.0 | 120 | 117.777 | 360.00 | 2.538 2×10−5 | 2.222×10−8 | 26.20 | 9.446 6 | 指数函数 | |
500 | 463.540 | 999.24 | 3.023 6×10−9 |
5.215×10−13 | 14.33 | 8.428 6 | 外逸层 | 800 | |
710.574 | 999.99 | 1.703 6×10−10 |
1.136×10−14 | 5.54 | 7.736 8 | 1 000 | 864.071 | 1 000.00 | |
7.513 8×10−11 |
3.561×10−15 | 3.94 | 7.321 8 |
1976年美国标准大气的基本假设包括:空气干洁,在86千米以下呈均匀混合,平均摩尔质量为Mo=28.964 4千克/千摩尔,视作理想气体,处于静力平衡状态和水平成层分布。在给定温度–高度廓线及边界条件后,通过对静力学方程和气体状态方程求积分,即得相应位势高度的气压和密度值。平均海平面处的大气特征参数为:标准重力加速度g0.45°=9.806 55米/秒2,气压po=1 013.25百帕,温度To=288.15K,密度ρo=1.225 0千克/米3。1976年美国标准大气资料如表。
1976年美国标准大气是一较为成熟的大气模式,其50千米以下已为ISO选用,且同ICAO和WMO标准大气的相应部分一致。1980年中国国家标准总局首次等效采用1976年美国标准大气30千米以下部分为中国国家标准(GB–1920–80),1987年等效采用ISO发布的5878–1982参考大气(0~80千米)等系列作为中国国家军用标准(GJB366,1~3–87)。最新版本的1990空间研究委员会(COSPAR)颁布CIAR(国际参考大气)–86模式,给出了全球范围不同纬度和季节的变化。