等高線的數(shù)值是高度單位,但不是幾何高度,而是位勢(shì)高度。所謂位勢(shì)高度,就是把單位質(zhì)量的物體從海平面上升到某高度時(shí)克服重力所作的功來表示的高度,其單位是位勢(shì)米。我國(guó)從1950年1月1日開始使用位勢(shì)米這個(gè)高度單位?,F(xiàn)在廣播電臺(tái)所說的500mb(毫巴)等壓面的位勢(shì)高度是指500mb等壓面距海平面的位勢(shì)。500mb高度為什么不用幾何高度,而用位勢(shì)高度表示?這是因?yàn)樘鞖鈱W(xué)理論主要是建立在流體力學(xué)和熱力學(xué)基礎(chǔ)上的,用位勢(shì)高度表示在計(jì)算上有很多方便。其實(shí),幾何高度Z和位勢(shì)高度h在數(shù)值上相差不大但概念上完全不同,一個(gè)是長(zhǎng)度單位,一個(gè)是能量單位。
位勢(shì)米H:當(dāng)重力加速度g=9.8米/秒2時(shí),使單位質(zhì)量物體抬升1米的高度克服重力所消耗的功。在米、公斤、秒制中:
1位勢(shì)米=mgh=1公斤9.8米/秒21米=9.8焦耳
(1位勢(shì)什米=10位勢(shì)米)
上述位勢(shì)米條件是在45緯度海平面處。但重力加速度g是隨高度和緯度而變化的:重力加速度在上升10千米大約減小0.03米/秒2??幢?,重力加速度g在不同緯度海平面的變化:
重力加速度g在不同緯度海平面的變化
緯度 | 90(極地) | 45 | 0(赤道) |
G(米/秒2) | 9.83 | 9.8 | 9.78 |
因此:g9.8米/秒2時(shí),完成1位勢(shì)米的功抬升高度1幾何米。(在緯度低于45的低緯地區(qū),位勢(shì)米大于幾何米)
g=9.8米/秒2時(shí),完成1位勢(shì)米的功抬升高度相當(dāng)于1幾何米。(位勢(shì)米=幾何米)
g9.8/米/秒2,完成1位勢(shì)米的功抬升高度1幾何米。(在高緯度地區(qū)位勢(shì)米小于幾何米)
位勢(shì)米H和幾何米z之關(guān)系:
∵ 1位勢(shì)米=9.8焦耳,
單位質(zhì)量物質(zhì)在任意緯度抬升意高度時(shí),則為:
9.8*H=g*z
H=g*z/9.8
由上式可看出:以位勢(shì)米為單位的位勢(shì)高度和以米為單位的幾何高度意義完全不同,前者是能量的一種單位,后者僅為高度單位。但在數(shù)學(xué)上雖有差別,但差別很小,可忽略不計(jì)。
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