大気圧

大気圧は、空気圧または気圧（バロメーターにちなんで）とも呼ばれ、地球の大気圏内の圧力です。標準気圧（記号：atm）は、101,325 Pa（1,013.25  hPa ）と定義される圧力の単位で 、1,013.25ミリバール、^[1] 760 mm Hg、29.9212インチHg、または 14.696 psiに相当します。^[2] atm 単位は、地球上の平均海面気圧とほぼ同等です。つまり、海面での地球の大気圧は約 1 atm です。     

ほとんどの場合、大気圧は、測定点の上にある空気の重さによって生じる静水圧によってほぼ近似されます。高度が高くなると、その上にある大気の質量が小さくなるため、高度が上がるにつれて大気圧は低下します。大気は地球の半径に比べて薄いため、特に低高度の濃い大気層では、高度の関数としての地球の重力加速度は一定と近似でき、この低下にはほとんど影響しません。圧力は単位面積あたりの力を測定し、SI 単位系の単位はパスカルです(1 パスカル = 1ニュートン/平方メートル、1 N/m ² )。平均すると、平均海面から地球の大気圏の最上部まで測った断面積が 1 平方センチメートル(cm ^{2 ) の空気柱は、}質量が約 1.03キログラムで、約 10.1ニュートンの力または「重さ」を及ぼし、その結果、10.1 N/cm ²または 101 kN /m ² (101 キロパスカル、kPa) の圧力が生じます。断面積が 1 in ²の空気柱の重さは約 14.7 lbfで、その結果、14.7 lbf/in ²の圧力が生じます。      

大気圧は、惑星の重力が表面上の大気ガスに及ぼす影響によって生じ、惑星の質量、表面の半径、ガスの量と組成、大気中のガスの垂直分布によって決まります。^{[3] [4]}大気圧は、惑星の自転や、風速、温度による密度の変化、組成の変化などの局所的な影響によって変化します。^[5]

平均海面気圧（MSLP）は、平均海面での大気圧です。これは通常、ラジオ、テレビ、新聞、またはインターネットの天気予報で伝えられる大気圧です。

航空における高度計の設定は気圧の調整です。

平均海面気圧は1,013.25 hPa（29.921 inHg、760.00 mmHg）である。航空気象通報（METAR）では、QNHはヘクトパスカルまたはミリバール（1ヘクトパスカル = 1ミリバール）で世界中に送信されるが、米国、カナダ、日本では水銀インチ（小数点第2位まで）で報告される。米国とカナダは、海面気圧SLPも報告しているが、これは別の方法で海面に合わせて調整されており、コードの国際的に送信される部分ではなく、備考欄でヘクトパスカルまたはミリバールで報告されている。^[6]ただし、カナダの公共気象通報では、海面気圧はキロパスカルで報告されている。^[7]

米国の気象コードの注釈では、送信されるのは3桁の数字のみで、小数点と最上位1桁または2桁の数字は省略されます。1,013.2 hPa (14.695 psi) は 132 と送信され、1,000 hPa (100 kPa) は 000 と送信され、998.7  hPa は 987 と送信されます。地球上で最も高い海面気圧はシベリアで発生し、シベリア高気圧はしばしば1,050 hPa (15.2 psi、31 inHg) を超える海面気圧に達し、記録的な高気圧は 1,085 hPa (15.74 psi、32.0 inHg) 近くになります。測定可能な最低海面気圧は熱帯低気圧と竜巻の中心で発生し、記録的な低気圧は 870 hPa (12.6 psi、26 inHg) です。

表面気圧は、地球の表面（地形および海洋）上の場所における大気圧です。表面気圧は、その場所の空気の 質量に正比例します。

数値的な理由から、一般循環モデル（GCM）などの大気モデルは通常、地表気圧の無次元対数を予測します。

地球上の表面気圧の平均値は985 hPaです。^[8]これは、海面より上または下にある場所の圧力を海面まで外挿する平均海面気圧とは対照的です。国際標準大気（ ISA ）の平均海面（ MSL）での平均気圧は1,013.25 hPa、つまり1気圧（atm）、または29.92水銀インチです。

圧力 (P)、質量 (m)、重力加速度 (g) は、P = F/A = (m*g)/A で表されます。ここで、A は表面積です。したがって、大気圧はその場所の上にある大気の質量の単位面積あたりの重量に比例します。

地球上の気圧は地表の高度によって変化するため、山の気圧は通常、海面の気圧よりも低くなります。気圧は地表から中間圏の最上部まで滑らかに変化します。気圧は天候によって変化しますが、NASA は年間を通じて地球上のすべての部分の条件を平均化しています。高度が上昇するにつれて、気圧は低下します。特定の高度での気圧を計算することができます。^[9]温度と湿度も気圧に影響します。圧力は温度に比例し、湿度と反比例するため、正確な数値を計算するにはこの両方が必要です。このグラフは、温度 15 °C、相対湿度 0% の場合に作成されました。 右側にその上

海抜の低い高度では、気圧は 100 メートルごとに約 1.2 kPa (12 hPa) 低下します。対流圏内のより高い高度では、大気圧pと高度hの関係は次の式 (気圧の公式) で表されます。

${\displaystyle {\begin{aligned}p&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {L\cdot h}{T_{0}}}\right)^{\frac {g\cdot M}{R_{0}\cdot L}}\\&=p_{0}\cdot \left(1-{\frac {g\cdot h}{c_{\text{p}}\cdot T_{0}}}\right)^{\frac {c_{\text{p}}\cdot M}{R_{0}}}\approx p_{0}\cdot \exp \left(-{\frac {g\cdot h\cdot M}{T_{0}\cdot R_{0}}}\right)\end{aligned}}}$

これらの式の値は次のとおりです。

地球上の気圧は大きく変動しており、こうした変化は天気や気候の研究において重要です。気圧は、地球全体の大気の潮汐によって、1日または半日（1日に2回）周期で変動します。この影響は熱帯地方で最も強く、振幅は数ヘクトパスカルですが、極地ではほとんどゼロです。これらの変動には、概日（24時間）周期と半概日（12時間）周期という2つの周期が重なり合っています。

地球上でこれまでに記録された海面気圧（750メートル以上）の最高値は、2001年12月19日にモンゴルのトソンツェンゲルで測定された1,084.8 hPa（32.03 inHg）である^。[10]海面気圧の最高値は、1968年12月31日にロシアのエヴェンキ自治管区アガタ（北緯66°53'  、東経93°28'  、標高261メートル、856フィート）で測定された1,083.8 hPa（32.005 inHg）である。^[11] この区別は、高地からの海面低下に関する問題のある仮定（標準減率を仮定）によるものである。^[10]

死海は海抜430メートル（1,410フィート）で地球上で最も低い場所であり、それに応じて典型的な大気圧は1,065  hPaである。^[12]海面下の表面気圧記録は1,081.8 hPa（31.95 inHg）で、1961年2月21日に記録された。^[13]

これまでに測定された竜巻以外の気圧の最低値は、1979年10月12日に西太平洋で台風ティップが発生した際に記録された870 hPa（0.858 atm; 25.69 inHg）である。この測定は偵察機による機器観測に基づいて行われた。 ^[14]

1気圧(101.325 kPa または 14.7 psi) は、約 10.3 m (33.8 フィート) の淡水柱の重さによって生じる圧力でもあります。したがって、水深 10.3 m にいるダイバーは、約 2 気圧 (空気 1 atm と水 1 atm) の圧力を体験します。逆に、10.3 m は、標準大気条件下で吸引力を使用して水を上昇させることができる最大の高さです。

天然ガス管などの低圧は、水柱インチで指定されることがあり、通常はwc（水柱）ゲージまたはwg（水柱インチ）ゲージと表記されます。米国の一般的なガス使用住宅用機器の定格は最大1 ⁄ 2 psi（3.4 kPa、34 mbar）で、これは約14 wgです。同様のメートル法の単位で、ミリメートル、センチメートル、メートル に基づくさまざまな名前と表記法がありますが、現在はあまり使用されていません。

純水は、地球の標準大気圧下では100℃（212℉）で沸騰する。沸点とは、蒸気圧が液体の周囲の大気圧と等しくなる温度である。^[15]このため、液体の沸点は低圧では低く、高圧では高くなる。したがって、高地で調理するには、レシピの調整^[16]や加圧調理が必要となる。水が沸騰する温度を測定することで、おおよその標高を推定することができる。19世紀半ばには、この方法が探検家によって使用されていた。^{[17]逆に、}蒸留など、より低い温度で液体を蒸発させたい場合は、ロータリーエバポレーターのように、真空ポンプを使用して大気圧を下げることができる。

大気圧は高度に応じて変化するという知識の重要な応用として、信頼性の高い圧力測定装置のおかげで、丘や山の高さの測定ができた。1774年、マスケリンはスコットランドのシーハリオン山でニュートンの万有引力の理論を確かめようとしていたが、山腹の標高を正確に測定する必要があった。 ウィリアム・ロイは気圧測定法を使ってマスケリンの高さの測定結果を確認することができた。その差は1メートル（3.28フィート）以内だった。この方法は測量作業や地図作成に役立ち、現在も役立っている。^[18]

• 世界平均海面気圧の現在の地図
• NASAの 1976 年の標準大気
• 1976年標準大気のソースコードと方程式
• 1976年の米国標準大気の数学的モデル
• 1976 年の標準大気の複数の単位とプロパティを使用する計算機
• 指定された高度での標準気圧、または圧力が標準となる高度を示す計算機
• 高度から圧力を計算し、その逆も行う

• ジョージア州立大学のHyperPhysics ウェブサイトからの大気圧実験に関する動画– QuickTime が必要です
• 缶の中に水を入れて沸騰させ、その後氷水の入った浴槽に移すと缶が潰れる様子を示すテスト。