Кіріспе

атмосфералық модельдерде атмосфераның идеалдық газ қасиеттері (мысалы: қысым, температура, тығыздық және молекулалық салмақ) қалай өзгеріп отыратынын, негізінен биіктіктің функциясы ретінде, кейде ендіктің, жылдың күні және т.б. функциясы ретінде сипатталады. Статикалық атмосфералық модельдің уақыты кірмей, шектелген аумағы бар. Стандартты атмосфераны Дүниежүзілік метеорологиялық ұйым "халықаралық келісім бойынша жыл бойы орта ендікте болатын атмосфералық температураның, қысымның және тығыздықтың гипотетикалық тік таралуы" деп анықтайды. Әдетте, олар қысымды биіктік өлшегіштің калибрлеуіне, ұшақтардың жұмыс істеуін есептеуге, ұшақ пен зымыранның құрылымына, баллистикалық кестелерге және метеорологиялық диаграммаларға негіз болады". Мысалы, АҚШ стандартты атмосферасы ауа температурасының, қысымының және массалық тығыздығының мәндерін теңіз деңгейінен биіктіктің функциясы ретінде алады. Басқа статикалық атмосфералық модельдерде басқа шығыстар болуы мүмкін немесе биіктіктен басқа кірістерге байланысты болуы мүмкін.

Кейбір мысалдар

Модельге байланысты кейбір газ қасиеттері биіктікке қатысты тұрақты болып саналуы мүмкін.

Мұхит мысалы

Егер газдың тығыздығы тұрақты болса, онда ол газ сияқты әрекет етпейді. Оның орнына ол сығымдауға болмайтын сұйықтық сияқты әрекет етеді, бұл жағдай теңізге ұқсайды. Тығыздық тұрақты деп есептесек, онда қысым мен биіктіктің графигі ұсталған еңіске ие болады, өйткені мұхиттың салмағы оның тереңдігіне тікелей пропорционал.

Изотермиялық-баротроптық шамалау және масштабтың биіктігі

Бұл атмосфералық модель молекулалық салмақ пен температураның кең биіктік диапазонында тұрақты екенін болжайды. Мұндай модельді изотермиялық (тұрақты температура) деп атауға болады. Идеалдық газ заңының теңдеуіне тұрақты молекулалық салмақ пен тұрақты температураны енгізу тығыздық пен қысымның, қалған екі айнымалының, тек бір-біріне ғана тәуелді екендігіне әкеледі. Осы себепті бұл модельді баротроптық деп те атауға болады (тітілігі тек қысымға байланысты). Изотермиялық баротроптық модель үшін тығыздық пен қысым биіктіктің экспоненциалдық функциялары болып шығады. P немесе ρ бастапқы мәнінің 1/e-ге түсуі үшін қажетті биіктіктің өсуі масштаб биіктігі деп аталады: мұнда R - идеалдық газ тұрақтысы, T - температура, M - орташа молекулалық салмақ, ал g0 - планетаның бетіндегі гравитациялық жылдамдық. Жер атмосферасының сипаттамасы ретінде T=273 K және M=29 g/mol мәндерін пайдаланғанда, H = RT/Mg = (8.315*273) / ((29*9.8) = 7.99, немесе шамамен 8 км, бұл кездейсоқ Мунт-Тайоның шамамен биіктігі. Эверест. Изотермиялық атмосфера үшін атмосфераның жалпы массасының шамамен 63% планетаның бетінен бір шкала биіктігіне дейін орналасқан. (Бірнеше метр биіктіктен төменгі ауаның жалпы массасы тығыздық функциясы арқылы интеграцияланады.) Мұхит мысалында мұхиттың жоғарғы жағында немесе "үстіңгі жағында" тығыздықтың күрт өзгеруі болды. Алайда, газдан жасалған атмосфералар үшін эквивалентті өткір ауысу немесе жиек жоқ. Газ атмосферасы жай ғана тығыздығы азайып, өте жұқа болып, кеңістікке айналады.

АҚШ стандартты атмосферасы

АҚШ стандартты атмосфералық моделі изотермиялық баротроптық модельмен бірдей болжамдармен басталады, соның ішінде идеалдық газдың мінез-құлқы және тұрақты молекулалық салмақ, бірақ ол түзу сызықтармен байланысты сегіз дерек нүктесінен тұратын, нақты температуралық функцияны анықтау арқылы ерекшеленеді; яғни тұрақты температуралық градиент аймақтары. (Көзімді қараңыз.) Әрине, атмосферада температураның дәл осы пішінде таралуы жоқ. Температура функциясы шамамен есептелген. Қысым мен тығыздықтың мәндері осы температуралық функция негізінде есептеледі, ал тұрақты температуралық градиенттер математиканың кейбірін жеңілдетуге көмектеседі.

NASA-ның ғаламдық атмосфералық модельдері

NASA Жердің жаһандық атмосфералық модельін (Жер GRAM) Маршалл ғарыш ұшу орталығы стандартты атмосфералардан айырмашылығы географиялық өзгермелілікке, биіктіктердің кең ауқымына (жер бетінен орбиталық биіктіктерге) және күннің әртүрлі айлары мен уақытына мүмкіндік беретін атмосфералық дизайнды ұсыну үшін әзірледі. Сондай-ақ, турбуленттік және басқа да атмосфералық ақаулық құбылыстарына байланысты атмосфералық параметрлердің кеңістіктік және уақытша бұзылуын симуляциялай алады. Ол Фортран тілінде жазылған компьютерлік код түрінде қол жетімді. GRAM сериясына сондай-ақ Венера, Марс және Нептун планеталары мен Сатурнның айлары Титанның атмосфералық модельдері кіреді.