上空での気圧と気温と空気密度について

質問

上空での気圧と気温と空気密度について

「空気密度は気圧に比例し、気温に反比例する」をもとに考えると

上空では気圧が低いので、比例して空気密度は小さいですが、上空では気温が低いので、反比例して空気密度は大きくなるのでは？？

また、「空気密度が大きい＝気圧が高い＝気温が低い」は成り立ちますか？

回答No.1

kagakusuki · ベストアンサー

対流圏と呼ばれる高度が約11km以下の低層の大気が持っている熱は、太陽光線を受けて温度が高くなった地表の熱が、地表付近の空気に伝わり、温められた空気が膨張して密度が低くなり、大気の浮力で上昇する事で、上空の大気に運ばれた熱です。
　上空では気圧が低いため、上昇した空気は膨張して密度が低くなります。
　この場合、膨張する空気は、途中で加熱されたり、周囲に熱を放出したりする事は、殆どありませんから、その膨張の仕方は断熱膨張に近いものとなります。

【参考URL】
　断熱過程 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%96%AD%E7%86%B1%E9%81%8E%E7%A8%8B

　気体は断熱膨張すると、温度が低下する性質があるため、対流圏においては、高度が高くなる程、気温が低くなります。
　この場合、圧力の低下による密度の低下を打ち消す事が出来る程、温度が低くなる訳ではありませんから、高度が高くなる程、空気の密度は低下します。
　標準大気という、気温や気圧の変化を測定するための、気温や気圧の基準値（目安）によると、地表における気圧が1013.25hPa、気温が15℃であるのに対し、高度11kmにおいては、気圧が226.32hPa、気温が-56.5℃とされています。
　0℃は絶対温度で273.15Kですから、地表の気温に対する高度11kmにおける気温の比率は、
(-56.5+273.15)÷(15+273.15)=216.7÷288.2≒0.75
になります。
　一方、地表の気圧に対する高度11kmにおける気圧の比率は、
226.32÷1013.25=0.22336
になりますから、気圧の変化の方が３倍以上も大きい事が解ります。

　因みに、太陽が放射する光には、真空紫外線やX線等の波長が特に短くて、空気に吸収され易いために、大気の低層までは届かない光が、含まれています。
　対流圏よりも高空では大気の密度が低いため、その様な紫外線が到達していて、高度が高くなる程、紫外線の量も多くなっています。
　その様な高空では、紫外線のエネルギーを吸収して、大気が直接温められているため、高度が高くなる程、気温が低くなるとは限りません。