等压面的高度单位──位势米

    等高线的数值是高度单位,但不是几何高度,而是位势高度。所谓位势高度,就是把单位质量的物体从海平面上升到某高度时克服重力所作的功来表示的高度,其单位是位势米。我国从1950年1月1日开始使用位势米这个高度单位。现在广播电台所说的500mb(毫巴)等压面的位势高度是指500mb等压面距海平面的位势。500mb高度为什么不用几何高度,而用位势高度表示?这是因为天气学理论主要是建立在流体力学和热力学基础上的,用位势高度表示在计算上有很多方便。其实,几何高度Z和位势高度h在数值上相差不大但概念上完全不同,一个是长度单位,一个是能量单位。

位势米H:当重力加速度g=9.8米/秒2时,使单位质量物体抬升1米的高度克服重力所消耗的功。在米、公斤、秒制中:

1位势米=mgh=1公斤×9.8米/秒2×1米=9.8焦耳
(1位势什米=10位势米)

    上述位势米条件是在45°纬度海平面处。但重力加速度g是随高度和纬度而变化的:重力加速度在上升10千米大约减小0.03米/秒2。看表,重力加速度g在不同纬度海平面的变化:

重力加速度g在不同纬度海平面的变化

纬度

90°(极地)

45°

0°(赤道)

G(米/秒2)

9.83

9.8

9.78

    因此:g<9.8米/秒2时,完成1位势米的功抬升高度>1几何米。(在纬度低于45°的低纬地区,位势米大于几何米)

g=9.8米/秒2时,完成1位势米的功抬升高度相当于1几何米。(位势米=几何米)
g>9.8/米/秒2,完成1位势米的功抬升高度<1几何米。(在高纬度地区位势米小于几何米)

位势米H和几何米z之关系:

∵ 1位势米=9.8焦耳,
∴ 单位质量物质在任意纬度抬升意高度时,则为:

9.8*H=g*z
H=g*z/9.8

    由上式可看出:以位势米为单位的位势高度和以米为单位的几何高度意义完全不同,前者是能量的一种单位,后者仅为高度单位。但在数学上虽有差别,但差别很小,可忽略不计。