2013年10月5日 星期六

大氣初識


 姑不論大氣在地球科學上有怎麼樣的嚴謹定義,大氣在人類感覺到空氣的存在之後,還得等到"航空"這個詞兒出現才有機會在人類間形成研究課題。

   大氣為一包圍地球,始終維持流動的混和氣體。依溫度變化的特性可分為數層,每層均各具特色。它們由地表往太空可分為對流層
(troposphere),平流層(stratosphere),中氣層(mesosphere),熱力層(thermosphere),外氣層(exosphere)等。以大部份飛行實際應用到的範圍作考量,這短文所介紹的大氣係以平流層及對流層等一般載人航空器飛得到的大氣空層為描述對象。


大氣組成  一定體積的空氣中由大約78%的氮、21%的氧組成,而水汽體積從05%都有可能。由於水汽的三態變化主宰著熱量的吸收釋放,此一相對少量的水汽反而是天氣變化的主要因素。在氮、氧、水汽之外空氣中還有少量的固態物質如粉塵、鹽晶及更細微的塵埃分子浮遊於空中,如霾或煙等,這些物質佔整體比例雖低,但集中於小區域時會使空氣能見度降低,對目視飛行仍有影響。

大氣分佈  由空氣分子的分佈來觀察,空氣密度由地面向高空遞減,但其中總重一半集中在18000呎以內。而另外值得一提的是氧氣分佈對飛航的影響,如前所說的,在任何高度氧氣佔總體積21%,所以氧氣壓力也為在該高度大氣壓力的20%左右,氧氣壓力對人肺的吸氣量有重要關聯性。一般人適應於每英吋3磅的氧氣壓力環境,所以當高度超過10000呎時,氧氣壓力漸低於每英吋3磅,機上人員漸需使用氧氣供應;而當高度超過40000呎時,大氣壓力漸低於每英吋3磅,機上人員即使使用純氧都嫌不足,因為此時總壓已經小於肺部的內壓了。所以在此空層活動的飛機機艙加壓是必要的。

  大氣循環 

在了解了大氣層的基本特性後,我們可以思考使大氣流動的因素。這些因素將有助於了解風及風向形成的原因。
對流  地球表面受熱不均勻(地球是圓的、水陸比熱的差異、地形、自轉軸,及公轉等等)是造成空氣溫度及密度變化的原因;溫度、密度等物理量的變化很容易想像:暖空氣會膨脹而上昇,原來位置被附近冷空氣所取代,上昇的暖空氣也終將應因溫度下降而又流動到其它密度相對低的地方去。這整個過程構成了大氣循環的動力基礎。

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