标准大气（Standard Atmosphere）

本文作者：天疆说
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定义

标准大气（Standard Atmosphere）是国际上公认的、描述地球大气参数（温度、气压、密度）随海拔高度变化规律的参考模型。标准大气基于理想气体状态方程和实测数据，为飞行器气动力计算、弹道设计和大气阻力估算提供统一的参考基准。

核心要素

大气分层结构

地球大气按温度变化特征分为五层：

层	高度范围	温度变化	特点
对流层	0–11 km	约 -6.5°C/km	天气现象主要发生层
平流层	11–50 km	先不变后升高	臭氧层吸收紫外线
中间层	50–85 km	约 -3°C/km	大气最冷的区域
热成层	85–500 km	显著升高	太阳紫外辐射加热
外逸层	>500 km	趋于常数	大气粒子可逃逸地球

温度、气压、密度随高度的分布

在对流层和标准大气模型中，各参数随高度的分布规律为：

温度（对流层内）：

T(h) = T_0 - \beta h

其中 $T_0 = 288.15$ K， $\beta = 0.0065$ K/m。

气压（基于静力学方程和理想气体状态方程）：

p(h) = p_0 \left(1 - \frac{\beta h}{T_0}\right)^{\frac{g_0}{\beta R}}

其中 $p_0 = 101325$ Pa， $R = 287.05287$ J/(kg·K)。

密度：

\rho(h) = \rho_0 \left(1 - \frac{\beta h}{T_0}\right)^{\frac{g_0}{\beta R} - 1}

其中 $\rho_0 = 1.225$ kg/m³。

理想气体状态方程

标准大气模型基于理想气体状态方程：

p = \rho R T

该方程将气压、密度和温度三个基本参数联系起来，是大气参数计算的基础。

编制标准大气表

标准大气表将温度、气压、密度等参数以表格形式给出，覆盖从地面到约 1000 km 的高度范围。常用的标准大气模型包括：

US Standard Atmosphere 1976：美国标准，国际通用
CIRA：国际参考大气，包含季节和纬度变化
Jacchia 系列：用于高层大气（>200 km）的精密模型

应用价值

标准大气是空天飞行器气动力计算和弹道设计的基础输入。在主动段飞行中，大气密度决定了气动阻力的大小；在再入段中，大气参数决定了气动加热和减速特性。对于低轨航天器，高层大气密度是轨道衰减分析的关键参数。

相关概念

参考文献

郑伟, 安雪滢, 周祥, 何睿智. 空天飞行力学[M]. 国防科技大学, 2026.
NOAA. U.S. Standard Atmosphere 1976[S]. 1976.