对地球大气密度随高度分布规律的讨论.pdf

第 卷 增刊 真 空 科 学 与 技 术 学 报 刃年 月 璐 创 」 鱿 刊 以 汀 对地球大气密度随高度分布规律的讨论 薛大同 兰州物理研究所 ,真空低温技术与物理国家级重点实验室 兰州 兀幻 山 月 加 妇 五’ 加 加 刀公如耐肠 励 耐 伪吧曰磁, ,城耐吻尸蒯 月笋如 ,乙刃翻切“加戚晚 月妙如, ,五功动 ‘义 刃, 。初口 加由旧 仆七祖 而 , 山 叮阮 以治 川 户泪 ‘ 脚 咖 枷 加 翻司 甲 , 衅 加 成 仙记 卿 山 饭 既详面 一夕男 七红韭 抚 珑 邵 枷 耐 ,汕 此 珑月 从飞 顽 邝 找 , 山川芜 , 】 山 丘 , 。而 叩 让吐 从飞 珊 喇 , 山 况 山 比 统 犯 ” 秘 姗 皿 浦 苗 饭 记访 场 公 以妇 孚 卿 阴 悦 找犯 两 玩 , 迅 记 月 群洲洲溉 此习 旋 外阳曲 压 山 川招 比 初 , 别团切吐, 耳罗 , 一 摘要 以 左认大气模式 巴 一夕臾为依据 ,用实例验证的方式证明了关心大气成分的数密度时 ,玻耳兹曼能量分布律 仅适用于几公里至几十公里高度 以内的分子态气体 。考虑重力加速度随高度变化时 ,用该分布律得到的无限高处大气数密 度在数学形式上不为零 ,但从物理角度分析其值与零没有差别 。忽略重力加速度随高度变化时 ,用该分布律得到的无限高处 大气数密度在数学形式上似乎为零 ,但无限高处重力加速度应为零 ,因而不能解决无限高处大气数密度在数学形式上不为零 的问题 。计算大气分子总数时 ,积分上限只需数十公里 。考虑重力加速度随高度变化时 ,用该分布律计算大气分子总数的积 分发散 ,因此上限不应超过数百倍地球半径 忽略重力加速度随高度变化时无此限制 。达道安等人 宇航学报 , 拓, 肠 卜 对该分布律导出的大气密度随高度分布所作的修正 ,不仅在数学形式上解决了无限高处大气数密度不为零的问题 和计算大气分子总数的积分发散的问题 ,而且在有实际意义的范围内与该分布律精密吻合 。 关键词 大气密度随高度分布 大气分子总数 玻耳兹曼能量分布律 大气模式 一 男 中图分类号 科刀 文献标识码 “ 一 仪刃 增 由玻耳兹受能 分布律导 出的大气密度 后 ,玻耳兹曼发展 了麦克斯韦的分子运动学说 ,证 明 随高度分布 了在有势的力场 中处于热平衡态 的分子速度分布定 年牛顿发表 了万有 引力定律 , 年麦克 律 ,即玻耳兹曼能量分布律 。麦克斯韦一玻耳兹曼分 斯韦导出了平衡态下气体分子 的速率分布定律 ,尔 布律是对相互作用可忽略的大量同类气体分子的集 收稿 日期 一压刀 , 联系人 翻 叨 真 空 科 学 与 技 术 学 报 第 卷 合 ,采用概率统计的方法导出的川 。玻耳兹曼能量 由大气模式得到的大气密度随高度分布 分布律的表达式为 大气层的温度分布 式戊牛 大气层可以被粗略地表征为环绕地球从海平面 今,气,劣, , 一 、忍 立竺为 到大约 姗 玩 高度的区域 ,其间电中性气体可以被 。乏盘于 ‘”·”, , , , ‘ 检测 。 以下该大气可 以被假定为均匀混合的 , 戈二,、,、, ·,, , 为·分布在速度区间叭一叭 叭, 而且可以被当做一种理想气体 。 以上该流体 静力学平衡 因扩散而逐渐崩溃且垂直输运变得重 , 一 , , ,叭一叭 叭和位置区间 一 , , 要 。在上层大气中主要的气体种类是 从 , ,仇 , , 一 , 一 内的分子数 , 。为势能 。。二 处单位体积 内所含各种速度的分子数 , 为分子的 。按温度的垂直分布可将大气层分为 对流层 , 质量 吨 , 为玻耳兹曼常数 , 二 一乃 从海平面直到大约 ,其间温度逐渐降低 同温 层 ,从 直到大约 ,其 间温度逐渐上升 中 , 为热力学温度 , 。为分子的动能 , 。为分子的势 能 。 间层 ,从 直到大约 ,其间温度再次逐渐降 低 热层 ,从 直到大约 ,其间温度再次逐 。、告 ‘己·圣·圣·’