引言
大气压是我们日常生活中无处不在却又常常被忽视的物理量。它代表着单位面积上空气柱的重量。然而，由于地势高低不同，直接测量到的气压（称为“站面气压”或“地面气压”）会随着海拔高度显著变化——海拔越高，上面的空气柱越短，气压自然越低。为了在全球范围内统一比较不同地点的气压状况，并用于天气分析和预报，气象学家引入了一个重要的概念：海平面气压。
什么是海平面气压？
简单来说，海平面气压是指假设测量地点位于平均海平面高度时的大气压。对于本身就位于海平面附近的地点，其站面气压基本就等于海平面气压。但对于海拔高于或低于海平面的地点，海平面气压是通过一个标准方法由测量到的站面气压推算（或称“订正”）得出的一个假想值。
这个假想值的目的是消除海拔高度对气压的影响，使得不同高度站点的气压数据可以在同一个基准面上进行比较。
为什么我们需要“海平面”气压？
这涉及到气压随高度变化的物理特性。在标准大气条件下，海拔每升高约10米，气压会降低约1百帕（hPa）。想象一下，一个位于海拔1000米山顶的气象站测得的站面气压，一定会比一个位于海平面附近的气象站测得的站面气压低很多，即使它们当时处在完全相同的天气系统下。
如果我们在天气图上直接标注站面气压，那么山区的气压值会普遍偏低，平原和沿海地区的气压值会普遍偏高，这样绘制出来的等压线（连接气压相等的点的线）将主要反映地形的高度，而不是真实的大气环流和天气系统（如高气压、低气压、锋面）的分布。这对于气象分析和预报是毫无意义的。
因此，将所有地点的气压值都统一订正到海平面高度，就提供了一个共同的比较基础，使得气象学家可以通过绘制海平面等压线图，清晰地看到大气压的水平分布，从而识别和跟踪气压系统，预测天气变化。
海平面气压是如何测量的？（实际上是测量站面气压并计算）
严格来说，海平面气压本身通常不是直接“测量”的，而是通过测量站点的实际大气压（站面气压），然后经过计算“订正”到海平面高度得出的。
测量工具：气压计
测量站面气压的仪器是气压计。主要有几种类型：
- 水银气压计：基于托里拆利实验原理，通过测量液柱高度来确定气压。虽然测量精度高，但体积大、易碎、含汞，在现代观测中逐渐被取代。
- 空盒气压计（金属膜盒气压计）：利用一个密封的、内部抽成真空的金属膜盒对外压变化的敏感性。膜盒受压变形，带动指针指示气压。这种气压计结构紧凑，便于携带和使用。
- 数字气压计：利用压力传感器将气压信号转换为电信号，然后通过数字显示或传输。这是目前气象观测站和个人应用中最常见的类型，精度高且易于自动化采集。
无论哪种类型的气压计，它们测量的是当地、当时的实际大气压，即站面气压。
从地面到海平面：核心的“订正”计算
这是获取海平面气压的关键步骤，也是最需要详细理解的部分。
为何需要订正？
如前所述，气压随高度降低。订正的目的是模拟出在海平面上会测到多大的气压值。
订正的原理
订正计算的核心原理是：站面气压加上从站点高度到海平面这一假想空气柱的重量（表示为该空气柱产生的附加压力），就得到海平面气压。这个假想空气柱的重量取决于它的高度（即站点的海拔高度）和空气的密度。
订正计算通常采用基于标准大气模型的公式，并考虑实际观测到的气温等因素。
计算过程概览
精确的海平面气压计算是一个复杂的过程，通常由气象站的自动化系统或人工按照规定的方法执行。过程大致如下：
- 获取站面气压（P站）：用精确的气压计测量当前站点的实际大气压。
- 获取站点海拔高度（h）：每个气象站都精确测量并记录其测压口的海拔高度。
- 获取站点气温（T）：同时测量站点的环境气温。气温对订正计算至关重要，因为空气密度随温度变化：
- 在同样的压强下，温度高，空气密度小；温度低，空气密度大。
- 从站点到海平面的假想空气柱，如果这段空气比较冷，密度就大，产生的附加压力就大，订正后的海平面气压会更高。
- 如果这段空气比较暖，密度就小，产生的附加压力就小，订正后的海平面气压会更低。
因此，即使两个海拔高度相同的站点，如果气温不同，订正到海平面后的气压值也会不同。例如，冬季气温低时，订正值（需要加上的气压值）会比夏季气温高时更大。
- 应用订正公式进行计算：使用包含P站、h、T以及一些物理常数（如重力加速度、干空气气体常数、水汽气体常数、标准大气垂直温度递减率等）的公式进行计算。这个公式模拟了从h高度到海平面这一段空气柱产生的压力。
这个公式不是简单的线性关系，而是基于大气静力学方程和温度垂直分布模型（通常假设一个垂直温度递减率，例如标准大气中的每千米降低6.5°C）。一个简化的概念是： P海平面 = P站 + ΔP，其中ΔP是需要加上的压力增量，ΔP ≈ ρ * g * h，而密度ρ与温度T和压强P相关（根据理想气体定律P=ρRT）。更精确的计算会使用积分形式或分层模型。
- 得到海平面气压（P海平面）：计算的结果就是该时刻该地点的海平面气压值。
对于海拔很高的站点（如青藏高原），由于需要加上的压力增量非常大，计算误差也可能相对更大。对于海拔低于海平面的地点，原则上也可以进行订正，但这类地点较少，且通常采用类似的反向计算方法。
海平面气压的标准值与单位
为了有一个全球统一的参考标准，国际上定义了“标准大气压”。
标准大气压
标准大气压（Standard Atmosphere）的定义是：在纬度45°的海平面，温度为15°C时的大气压。
其标准数值为：
- 1013.25 百帕 (hPa) 或 毫巴 (mbar)。这是国际上气象领域最常用的单位。百帕和毫巴数值上相等（1 hPa = 1 mbar）。
- 760 毫米汞柱 (mmHg)。基于水银气压计。
- 1 标准大气压 (atm)。
需要注意的是，标准大气压是一个特定的参考值，实际的海平面气压会围绕这个值上下波动，取决于具体的天气系统。
常用单位
在气象学中，海平面气压最常用的单位是百帕（hPa）。在一些国家或领域，也可能使用毫巴（mbar）或英寸汞柱（inHg，尤其在航空领域）。
海平面气压的典型数值范围
实际观测到的海平面气压通常在一个范围内波动：
- 平均值：全球平均海平面气压接近标准大气压，约1013.25 hPa。
- 典型范围：大多数天气条件下，海平面气压在 950 hPa 到 1050 hPa 之间。
- 极端情况：在强烈的气旋（如台风或飓风中心）内，气压可能降至 900 hPa 以下，甚至有记录到低于 870 hPa 的极低值。在强大的反气旋中心，气压可能升至 1050 hPa 以上，甚至超过 1080 hPa。这些极端值通常与破坏性天气事件相关。
海平面气压在哪里使用？为何它如此重要？
海平面气压是天气分析和预报中最基本、最重要的物理量之一，其应用广泛：
天气预报与气象图
海平面气压数据被用于绘制各种气象图，尤其是地面天气图。
- 等压线：地面天气图上最重要的要素之一就是海平面等压线，它连接所有具有相同海平面气压值的点。等压线的分布清晰地显示了高气压中心（周围气压较低，向外增加）和低气压中心（周围气压较高，向外降低）的位置和形状。
- 识别天气系统：高气压通常与晴朗、稳定的天气相关；低气压通常与阴天、降雨、大风甚至风暴相关。通过分析等压线的疏密（反映风速大小）和走向，气象学家可以判断天气系统的移动和发展趋势，预测风向、风速以及可能出现的降水等。
- 锋面分析：海平面气压的梯度和变化也是识别和分析冷锋、暖锋等天气系统的关键信息。
航空领域
海平面气压在航空安全中扮演着极其重要的角色：
- 高度表设置：飞机上的高度表实际上是根据气压来指示高度的。当飞行员将高度表设定到当地机场或特定区域的海平面气压值（称为QNH）时，高度表将指示飞机距离海平面的高度（海拔高度）。这对于起飞、降落以及在不同空域保持安全高度至关重要。如果所有飞机都使用同一区域的海平面气压进行高度表设置，它们就能在同一基准面上准确判断相互之间的垂直距离，避免空中碰撞。
- 飞行规划：飞行员和调度员利用地面天气图上的海平面气压信息来了解沿途的天气状况、风场分布等，辅助飞行路线规划。
船舶与海洋活动
海平面气压对于航海同样重要。气压的快速下降通常预示着风暴或低气压系统的接近，这对船舶安全至关重要。船只上的气压计通常会显示站面气压，但船员也会关注订正后的海平面气压，结合天气图进行判断。
总结
海平面气压作为将不同高度测得的气压值统一到海平面这个共同基准上的标准化数据，是现代气象观测、天气分析和预报、航空安全等众多领域不可或缺的基础信息。它虽然对于非气象专业人士来说可能只是天气预报中的一个数值，但其背后涉及精确的测量和复杂的订正计算，是理解和预测大气运动的关键钥匙。通过海平面气压图，我们可以直观地看到大气压力的水平分布，进而了解风、雨、晴等天气现象与气压系统的紧密联系。
