1、講義要点 大気鉛直構造（気圧密度分布）決定支配法則導出理解 法則導 気圧意味 高気圧変化?高山上気圧低理解?発展考 惑星大気温度測方一例地球大気鉛直構造温度区分 熱圏 ：90 km 中間圏：5090 km 成層圏：1050 km 対流圏：010 km 雲層対流圏成層圏中間圏熱圏（高度km）（温度k）0km10km50km90km280K200kAndrews et al.,1987:Middle atmosphere dynamics,Academic Press,Fig.1-1.（新訂 地学図表,浜島書店,引用）回講義 静水圧平衡（静力学平衡,hydrostatic equilibrium）
2、大気（地球惑星大気）大規模鉛直構造（気圧密度分布）支配法則静水圧平衡導出準備 地面宇宙延仮想的気柱考 円柱底面積：下 n 番目層体積：大気密度（単位体積質量）：下 n 番目層質量：dzAdzAn2/12/1nA番目層空気働力 考条件 風吹 大気運動 惑星全体平均考 全体平均止同.上向速度持，空気宇宙向逃.下向速度持，宇宙空気降積.空気止，空気働力（力総和）番目層空気働力詳考 空気働重力 質量重力加速度 重力加速度：下向 上面働圧力:力 下向 下面働圧力:力上向 3力Apn 1ApndzAgnp1npg前考察 上向力 下向力 使,Apn 1ApndzAgdzAgApApnn1結果整理 最終的,静
3、水圧平衡静水圧平衡（静力学平衡）（静力学平衡）dzAgApApnn1dzgppnn1Apn 1ApndzAg結果考察（）上空行気圧？大小関係 dzgppnn1np1np0dzgnnpp1結果考察（）上空行気圧？大小関係 上空気圧下 経験的知通dzgppnn1np1np0dzgnnpp1結果考察（）気圧何?結果考察（）気圧何?答 m 上乗空気質量結果考察（）先導出式dzgppnnn2/11結果考察（）先導出式 最下層dzgppnnn2/11dzgpp2/110結果考察（）先導出式 最下層 2 番目層dzgppnnn2/11dzgpp2/110dzgpp2/321結果考察（）先導出式 最下層 2
4、番目層 3 番目層dzgppnnn2/11dzgpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/532 繰返dzgpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/5321 層目2 層目3 層目 dzgpp2/7434 層目dzgpp2/9545 層目 繰返1 層目2 層目3 層目 各層重4 層目5 層目dzgpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/532dzgpp2/743dzgpp2/954 下上足dzgpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/5321 層目2 層目3 層目 下上足dzgpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/5321 層目2 層目3 層目 下上足dz
5、gpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/5321 層目2 層目3 層目 下上足dzgpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/5321 層目2 層目3 層目 下上足dzgpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/5321 層目2 層目3 層目 .2/32/10dzgdzgp 下上足dzgpp2/110dzgpp2/321dzgpp2/5321 層目2 層目3 層目 .2/32/10dzgdzgpgdzdz.)(2/32/1gdzdzp.)(2/112/101 m2 地面大気端空気重gdzdzp.)(2/112/101 m2 地面大気端空気重.2/112/10dzdzgp1
6、 m2 地面大気端空気質量結果.2/112/10dzdzgp:（気圧）（重力加速度）（地面大気端空気質量）1 m2 地面大気端空気質量計算問題：地球空気質量 先結果使空気質量求 先結果,1 m2 空気質量 地球全球質量?.2/112/10dzdzgpMa（気圧）（重力加速度）（地面大気端空気質量）計算問題：地球空気質量 先結果使空気質量求 地球全球質量?必要値以下 3.地面気圧 重力加速度 地球半径g0pa地球空気質量 地球地面気圧 1000 hPa=100000 Pa h:100 Pa:kg m s-2地球空気質量 地球地面気圧 1000 hPa=100000 Pa h:100 Pa:kg
7、m s-2 重力加速度 9.8 10 m s-2 地球半径 6400 kmg0pa地球空気質量 先結果使空気質量計算.2/112/10dzdzgpMa（気圧）（重力加速度）（地面大気端空気質量）1000000p108.9gPa=kg m s-2m s-2地球空気質量 先結果使空気質量計算.2/112/10dzdzgpMa（気圧）（重力加速度）（地面大気端空気質量）1000000p108.9gPa=kg m s-2m s-210000101000000gpMakg地球空気質量 先結果使空気質量計算.2/112/10dzdzgpMa（気圧）（重力加速度）（地面大気端空気質量）1000000p108
8、.9gPa=kg m s-2m s-210000101000000gpMakg1 m-2,頭上約 10 空気.地球全球空気質量 先結果使地球全体空気質量計算kg10000101000000gpMa1 m-2,頭上約 10 空気.地球全球空気質量 先結果使地球全体空気質量計算kg10000101000000gpMa1 m-2,頭上約 10 空気.kg105kg000000000500000000018220)km6400(4kg100004agpMa地球空気質量 大気質量固体地球何?kg10541820agpMa大気質量地球空気質量 大気質量固体地球何?大気質量kg100.624EM固体質量kg
9、10541820agpMa地球空気質量 大気質量固体地球何?,kg103.11820agpMa大気質量kg100.624EM固体質量%0001.010100.610562418EaMM惑星大気空気質量 先結果使惑星大気質量計算惑星地面気圧(Pa)重力加速度(ms-1)惑星半径(km)大気質量(kg)金星9.2x1068.9060524.8x1020地球1.0 x1059.7863785.2x1018火星6x1023.7233972.3x1016 大気鉛直構造特気圧注目 静水圧平衡（hydrostatic equilibrium）上記構造説明物理法則以下説明 山登気圧下 気圧,上空大気質量等価話
10、 上空気圧下？理想気体状態方程式静水圧平衡組合結果微分方程式書 解用上記質問答事(1)微分方程式用計算 結果次Hzepzp)0()(mgkTH mk)0(p地面気圧（,温度一定仮定）大気分子/原子質量定数気圧高対指数関数的変化.気圧高度計原理使.気圧高度計(1)微分方程式用計算 地球場合,気圧高対図減少気圧(hPa)高(km)(1)微分方程式用計算 地球場合,気圧高対図減少気圧(hPa)高(km)例,富士山頂(z=3776 m),p 650 hPa.地面気圧 65%.山頂(z=8848 m),p 370 hPa.地面気圧 37%.国際線旅客機飛高度(z10 km),p 320 hPa.地面気圧
11、 32%.(2)密度観測基温度測定 先微分方程式用気圧式気体状態方程式用変形,密度,気圧同,高対指数関数的変化.HzezTTz)0()()0()(Hzepzp)0()(2)密度観測基温度測定 先密度式変形,密度温度求.原理使惑星温度観測.（実際計算違式使.）HzeTzzT)0()()0()(HzezTTz)0()()0()(2)密度観測基温度測定 惑星大気温度測,惑星大気密度測 静水圧平衡状態方程式原理使温度計算(2)密度観測基温度測定 惑星大気密度測?一方法,惑星着陸探査機（着陸機,lander）大気横切観測.Mars Pathfinder(Mars Pathfinder http:/mar
12、s.jpl.nasa.gov/MPF/index0.html引用)(2)密度観測基温度測定Mars Pathfinder http:/mars.jpl.nasa.gov/MPF/mpf/edl/edl1.html 引用.(2)密度観測基温度測定Mars Pathfinder http:/mars.jpl.nasa.gov/MPF/mpf/edl/edl1.html 引用.重力摩擦力(2)密度観測基温度測定Mars Pathfinder http:/mars.jpl.nasa.gov/MPF/mpf/edl/edl1.html 引用.重力摩擦力着陸機(lander)働摩擦力大気濃（密度高）大.着
13、陸機減速大密度観測.(2)密度観測基温度測定 惑星大気温度測,惑星大気密度測 静水圧平衡状態方程式原理使温度計算(2)密度観測基温度測定 求密度温度.(Schofield et al.(1997)引用)大気鉛直構造特気圧注目 静水圧平衡（hydrostatic equilibrium）上記構造説明物理法則以下説明 山登気圧下 気圧,密度高対指数関数的減少.国際線飛行機飛高度,気圧地面気圧 30%程度.気圧,上空大気質量等価 静水圧平衡気体性質（状態方程式）組合原理用惑星温度測.日常経験論理的組合，理説明 大気鉛直構造特気圧注目 静水圧平衡（Hydrostatic Balance）上記構造説明物
14、理法則，下記等価 山登気圧下 気圧,密度高対指数関数的減少.国際線飛行機飛高度,気圧地面気圧 30%程度.静水圧平衡気体性質（状態方程式）組合原理用惑星温度測.金星,木星載?(1)微分方程式用計算 状態方程式直感的説明地球空気質量 先結果使空気質量計算.2/112/10dzdzgpMa（気圧）（重力加速度）（地面大気端空気質量）計算問題：地球空気質量 先結果使空気質量求.2/112/10dzdzgpMa（気圧）（重力加速度）（地面大気端空気質量）（地面気圧）（重力加速度）値必要.g0p 日常経験論理的組合，理説明 大気鉛直構造特気圧注目 静水圧平衡（Hydrostatic Balance）上記
15、構造説明物理法則，下記等価 山登気圧変化？気圧下 原理 海風呂体軽感浮結果考察（）静水圧平衡 用,温度密度関係導出dzgppnnn2/11結果考察（）静水圧平衡 用,温度密度関係導出dzgppnnn2/11結果考察（）静水圧平衡 気体状態方程式 高校化学,関係式成立.静水圧平衡状態方程式使式変形.dzgppnnn2/11RTpRT温度気体定数dzgTTnnnnn2/111 繰返全部足具合1層目重2層目重3層目重地上上空気重地上気圧dzgpp2/110dzgpp2/1121dzgpp2/1232 繰返全部足具合1層目重2層目重3層目重地上上空気重地上気圧結果空気質量p(0)1,000 h PaP
16、a kg m/s2h100g 10 m/s2 p(0)/g 1,000100/10=10,000 kg1平方101平方空気乗？2.4吟味（）浮力 水中物沈 出来軽物 上向力働 何故？静力学平衡使説明 静水圧平衡式（水場合OK）移項下面働圧力上面働圧力重力下向力上向力浮力今日地球大気海洋，他惑星（金星，火星）大気鉛直構造支配法則講義何？大気鉛直構造支配法則導出 物理法則一般性 物理法則導 気圧意味 山登気圧変化？海風呂体軽感浮力 使手品！2静水圧平衡導出 地面宇宙延非常背高仮想的気柱考 円柱底面積：下 n 番目層体積：大気密度（単位体積質量）：下 n 番目層質量：番目層空気働力考 空気速度運動？
17、地球上平均，上向速度持，空気宇宙空間向逃 逆，下向速度持，宇宙空気降積 空気止，空気働力（力総和）1.上面働圧力:力 下向2.下面働圧力:力上向3.空気働重力 質量重力加速度 重力加速度：下向3力番目層空気働力詳考（力）（圧力）（面積）単位質量物体地球引張力大前考察 上向力 下向力 最終的結果整理 結果 複雑A邪魔 2.2結果吟味（）上空行気圧？大小関係？（質量）2.3他何？吟味（）m上乗空気質量？式 面積 最下層 2番目層 議論続全部足具合1層目重2層目重3層目重地上上空気重地上気圧1平方空気乗？結果 空気質量p(0)1,000 h PaPa kg m/s2h100g 10 m/s2 p(0)/g 1,000100/10=10,000 kg1平方102.4吟味（）浮力 水中物沈 出来軽物 上向力働 何故？静力学平衡使説明 静水圧平衡式（水場合OK）移項下面働圧力 上面働圧力 重力下向力上向力浮力 日常経験論理的組合，理説明 大気鉛直構造特気圧注目 上記構造説明物理法則，下記等価 山登気圧変化？気圧下 原理 海風呂体軽感浮話 上空気圧下言下？理想気体状態方程式静水圧平衡組合 結果微分方程式書 解上記質問答事
