Dependencia de la presión del aire en la temperatura

Tengo alrededor de 200 barómetros (altitud de hasta 200 m sobre el nivel del mar) de los cuales algunos están expuestos a la luz solar directa que puede calentarse relativamente. Estoy investigando si existe alguna relación entre la presión del aire medida y la temperatura.

Dado que algunos barómetros también miden la temperatura, pude hacer el siguiente gráfico:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La presión del aire se mide en cmH2O y la temperatura en °C.

Basado en una regresión de 0.5 cuantiles (es decir, mediana) (línea azul en la gráfica) obtengo los siguientes coeficientes

Coefficients:
                  Value       Std. Error  t value     Pr(>|t|)   
(Intercept)        1035.69548     0.02500 41423.62580     0.00000
TEMPERATURE_VALUE    -0.06811     0.00115   -59.40118     0.00000

que sugieren una caída de 0,068 cmH20 por unidad °C de aumento de temperatura.

Tenga en cuenta que la regresión por cuantiles se usa para mitigar los efectos de los valores atípicos causados ​​por barómetros rotos.

Ahora mi pregunta es si este resultado puede ser respaldado por la teoría. El punto de partida más obvio es la ley de los gases ideales, que se puede escribir de la siguiente forma específica:

PAG = ρ R ∗ METRO T

dónde R ∗ es la constante universal de los gases y METRO la masa molar del aire de la Tierra.

Asumiendo constante ρ y usando T b = 288,15 K, R ∗ = 8,3144598 J/(mol·K) y METRO = 0,0289644 kg/mol se obtiene:

ρ R ∗ METRO ( T b + 1 ) − ρ R ∗ METRO T b = 351.65 Pensilvania = 3.59 cmH2O

lo cual es claramente incorrecto (en magnitud y signo).

Además, la parte confusa es el hecho de que ρ también depende de T . Así, a medida que el aire se calienta, se expande y cambia la densidad. Esto da como resultado una convección ascendente que, a su vez, provoca un aumento del flujo de aire local. Tanto la densidad como la velocidad de flujo impactan en la presión según el principio de Bernoulli .

Lo que me lleva a mi pregunta: ¿ cuál es la forma teórica correcta de calcular el efecto de la temperatura en la presión del aire alrededor del nivel del mar?

PD: no pude encontrar ningún documento relevante sobre este tema, por lo que las sugerencias de artículos también son bienvenidas.

EDITAR

si asumo que ρ depende de T además, termino aquí . Suponiendo aire seco, el cálculo de la densidad se basa nuevamente en la ley de los gases ideales y, como tal, no aporta ninguna información nueva. Si tomo en cuenta esta información, entonces

ρ ( T b + 1 ) R ∗ METRO ( T b + 1 ) − ρ ( T b ) R ∗ METRO T b = 0 Pensilvania

lo que significa que el aumento de la temperatura reducirá la densidad, lo que dará como resultado un cambio cero en la presión.

Si en lugar de aire seco, uso la fórmula de densidad para aire húmedo (90 %) y la ecuación de Buck para la presión de vapor de saturación del agua, termino con -0.0004 Pa.

¿Están sus sensores protegidos de la luz solar directa? De lo contrario, las mediciones de temperatura estarán sesgadas ya que la temperatura será posiblemente mucho más alta cuando se exponga a la insolación directa.
@planetmaker, no están protegidos. La mayoría de los sensores también miden la temperatura, y mirando esos datos, no hay extremos reales: aquí hay un enlace . Las unidades son °C. Para Bélgica, estos valores parecen correctos. Parte del análisis consiste en determinar si el efecto anterior sobre la presión del aire debido a la temperatura se puede atribuir a la exposición de los barómetros al calor.
Además, si toma datos de todos los tiempos, promedia los efectos de la variación anual. Es posible que desee considerar agrupar los datos por mes y realizar un análisis separado para esos grupos. Tal vez también reduzca la temperatura y las presiones en los medios mensuales esperados para que los conjuntos de datos vuelvan a ser comparables. El uso de contenedores mensuales le permite calcular la influencia en esto debido a las diferencias en la insolación.

Respuestas (1)

Si conoce algunos barómetros rotos, es posible que los elimine del muestreo, lo que es una mejor manera de mitigar su efecto.

Podría ser bueno probar algunos barómetros. Manténgalos a presión de aire constante y vea cómo cambian sus lecturas a diferentes temperaturas. Asegúrese de que el cambio de presión con la temperatura no esté dominado por el efecto en los propios barómetros.

¿Cuánto se ven afectados sus barómetros por el flujo de aire? Eso también es comprobable en el laboratorio.

Al observar su gráfico, a primera vista no parece notable, excepto que hay una protuberancia de baja presión a una temperatura relativamente baja.

En una segunda mirada, si se transfiriera el número correcto de observaciones de baja presión del área de 0 a 15 grados al área de -5 a 10 grados, podría parecer que no hay ningún efecto.

Entonces, tal vez la pregunta que se debe hacer es: ¿Por qué una fracción de las observaciones de baja temperatura/baja presión arrojan temperaturas más altas, cuando eso no sucede con las observaciones de baja temperatura/alta presión?

Podría especular que podría haber diferentes cantidades de luz solar cuando entra un frente frío que cuando llega un frente cálido, pero eso es solo especulación.

Efectivamente, el bulto. Una explicación parcial es la mayor variación durante el horario no estival. Ver aquí _ Durante este tiempo, muchas observaciones caen en el rango de presión más bajo, mientras que el rango más alto se mantiene estable durante el año. Para la humedad, consulte aquí . Tiene un patrón de estacionalidad similar, pero no puede explicar el abultamiento fuera del verano. El cambio de humedad del 75 al 90 % solo disminuiría la presión en 0,001 cmH2O.
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