บรรยากาศมาตรฐานสากล ( ISA )เป็นแบบจำลองบรรยากาศแบบคงที่ที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของความดันอุณหภูมิความหนาแน่นและความหนืดของบรรยากาศโลกในช่วงระดับความสูงที่หลากหลาย แบบ จำลองนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงร่วมกันสำหรับอุณหภูมิและความดัน โดยประกอบด้วยตารางค่าต่างๆ ที่ระดับความสูงต่างๆ รวมถึงสูตรบางสูตรที่ใช้ในการคำนวณค่าเหล่านั้นองค์การมาตรฐานสากล (ISO) ได้เผยแพร่ ISA เป็นมาตรฐานสากล ISO 2533:1975 ^{[ 1 ]}องค์กรมาตรฐานอื่นๆเช่นองค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ (ICAO) และรัฐบาลสหรัฐอเมริกาได้เผยแพร่ส่วนขยายหรือส่วนย่อยของแบบจำลองบรรยากาศเดียวกันภายใต้อำนาจการกำหนดมาตรฐานของตนเอง

แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ISA แบ่งชั้นบรรยากาศออกเป็นชั้นๆ โดยสมมติว่าอุณหภูมิสัมบูรณ์T มีการกระจายเชิงเส้น เทียบกับ^{ระดับ}ความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์h [ ^{2 ]}ค่าอีกสองค่า (ความดันPและความหนาแน่นρ ) คำนวณโดยการแก้สมการที่ได้จาก:

• ความชันของความดันในแนวดิ่งที่เกิดจากสมดุลอุทก สถิต ซึ่งเชื่อมโยงอัตราการเปลี่ยนแปลงของความดันกับระดับความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์:

${\displaystyle {\frac {dP}{dh}}=-\rho g}$, และ

• กฎของแก๊สอุดมคติใน รูปแบบ โมลซึ่งเชื่อมโยงความดันความหนาแน่นและอุณหภูมิ :

${\displaystyle \ P=\rho R_{\rm {specific}}T}$

ที่ระดับความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์แต่ละระดับ โดยที่g คือ ความเร่งโน้มถ่วงมาตรฐานและR คือค่าคงที่ของก๊าซจำเพาะสำหรับอากาศแห้ง (287.0528 J⋅kg ⁻¹ ⋅K ⁻¹ ) คำตอบได้มาจากสูตรบารอมิเตอร์

ความหนาแน่นของอากาศต้องคำนวณเพื่อหาค่าความดัน และใช้ในการคำนวณความดันพลวัตสำหรับยานพาหนะที่กำลังเคลื่อนที่ความหนืดพลวัตเป็นฟังก์ชันเชิงประจักษ์ของอุณหภูมิ และความหนืดจลน์คำนวณได้โดยการหารความหนืดพลวัตด้วยความหนาแน่น

ดังนั้น มาตรฐานจึงประกอบด้วยตารางค่าต่างๆ ที่ระดับความสูงต่างๆ พร้อมด้วยสูตรบางอย่างที่ใช้ในการคำนวณค่าเหล่านั้น เพื่อรองรับจุดที่ต่ำที่สุดบนโลกแบบจำลองเริ่มต้นที่ระดับความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์พื้นฐานที่610 เมตร (2,000 ฟุต) ต่ำกว่าระดับน้ำทะเลโดยกำหนดอุณหภูมิมาตรฐานไว้ที่ 19 °C ด้วยอัตราการลดลงของ อุณหภูมิ ที่ −6.5 °C (-11.7 °F) ต่อกิโลเมตร (ประมาณ −2 °C (-3.6 °F) ต่อ 1,000 ฟุต) ตารางจะประมาณค่าไปยังค่าเฉลี่ยมาตรฐานที่ระดับน้ำทะเล ซึ่งได้แก่ อุณหภูมิ15 °C (59 °F) ความดัน 101,325 ปาสคาล (14.6959 psi) (1 atm ) และความหนาแน่น1.2250 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (0.07647ปอนด์/ลูกบาศก์ฟุต)การ วัดค่า ในชั้นโทรโพสเฟียร์ยังคงดำเนินต่อไปจนถึง ระดับความสูง 11,000 เมตร (36,089 ฟุต)ซึ่งอุณหภูมิลดลงเหลือ−56.5 °C (−69.7 °F)ความดันลดลงเหลือ22,632 ปาสคาล (3.2825 psi)และความหนาแน่นลดลงเหลือ0.3639 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (0.02272 ปอนด์/ลูกบาศก์ฟุต)ระหว่าง 11 กิโลเมตรถึง 20 กิโลเมตร อุณหภูมิยังคงที่^{[ 3 ] [ 4 ]}                    

^{อัตรา}การลดลงของอุณหภูมิที่กำหนดต่อกิโลเมตรของระดับความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์ (อัตราการลดลงของอุณหภูมิที่เป็นบวก (λ > 0) หมายความว่าอุณหภูมิลดลงตามความสูง)

ในตารางข้างต้นระดับความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์คำนวณจากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ปรับระดับความสูงเพื่อรวมการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงตามความสูง ในขณะที่ระดับความสูงทางเรขาคณิตคือระยะทางแนวตั้งโดยตรงมาตรฐานเหนือระดับน้ำทะเลเฉลี่ย (MSL) ^{[ 2 ]}

• สมการที่เชื่อมโยงระดับความสูงทั้งสองคือ (โดยที่ z คือระดับความสูงทางเรขาคณิต , h คือระดับความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์และ r = 6,356,766 เมตร ในแบบจำลองนี้):

${\displaystyle \ z={\frac {r_{0}h}{r_{0}-h}}}$

โปรดทราบว่า อัตราการลดลงของอุณหภูมิที่ระบุในตารางนั้น แสดงเป็นองศาเซลเซียสต่อกิโลเมตรของระดับความสูงศักย์ทางภูมิศาสตร์ ไม่ใช่ระดับความสูงทางเรขาคณิต

แบบจำลอง ISA อิงตามสภาพเฉลี่ยในละติจูดกลาง ซึ่งกำหนดโดยคณะกรรมการทางเทคนิค TC 20/SC 6 ของ ISO และได้รับการปรับปรุงแก้ไขเป็นระยะๆ ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 20 เป็นต้นมา

องค์การการบินพลเรือนระหว่างประเทศ (ICAO) ได้เผยแพร่ "บรรยากาศมาตรฐาน ICAO" เป็นเอกสาร Doc 7488-CD ในปี 1993 ซึ่งมีรูปแบบเดียวกับ ISA แต่ขยายขอบเขตความสูงเป็น 80 กิโลเมตร (262,500 ฟุต) ^{[ 7 ]}

บรรยากาศมาตรฐานของ ICAO เช่นเดียวกับ ISA ไม่ประกอบด้วยไอน้ำ

ค่าบางส่วนที่กำหนดโดย ICAO มีดังนี้:

มาตรฐานการบินและกฎการบิน นั้นอิงตามบรรยากาศมาตรฐานสากลเครื่องวัดความเร็วลมได้รับการปรับเทียบโดยสมมติว่าทำงานที่ระดับน้ำทะเลในบรรยากาศมาตรฐานสากล ซึ่งมีความหนาแน่นของอากาศ 1.225  กก./ ^ลบ.ม.

คุณสมบัติทางกายภาพของบรรยากาศมาตรฐาน ICAO คือ: ^{[ 8 ]}

บรรยากาศมาตรฐานของสหรัฐอเมริกาเป็นชุดของแบบจำลองที่กำหนดค่าสำหรับอุณหภูมิ ความหนาแน่น ความดัน และคุณสมบัติอื่นๆ ของบรรยากาศในช่วงระดับความสูงที่หลากหลาย แบบจำลองแรกซึ่งอิงตามมาตรฐานสากลที่มีอยู่ ได้รับการตีพิมพ์ในปี 1958 โดยคณะกรรมการขยายบรรยากาศมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา^{[ 9 ]}และได้รับการปรับปรุงในปี 1962 ^{[ 5 ]} 1966 ^{[ 10 ]}และ 1976 ^{[ 11 ]}บรรยากาศมาตรฐานของสหรัฐอเมริกา บรรยากาศมาตรฐานสากล และบรรยากาศมาตรฐานขององค์การอุตุนิยมวิทยาโลก (WMO) นั้นเหมือนกับบรรยากาศมาตรฐานสากลของ ISO สำหรับระดับความสูงไม่เกิน 32  กม. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

NRLMSISE-00เป็นแบบจำลองชั้นบรรยากาศของโลกที่ใหม่กว่า ตั้งแต่พื้นดินถึงอวกาศ พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพเรือสหรัฐฯโดยคำนึงถึงข้อมูลแรงต้านของดาวเทียมจริง การใช้งานหลักของแบบจำลองนี้คือการช่วยในการทำนายการเสื่อมถอยของ วงโคจร ดาวเทียมเนื่องจากแรงต้านของชั้นบรรยากาศ มาตรฐาน ชั้นบรรยากาศอ้างอิงสากล COSPAR ( CIRA) 2012 และมาตรฐานความหนาแน่นของชั้นบรรยากาศโลก ISO 14222 ต่างแนะนำให้ใช้ NRLMSISE-00 สำหรับการใช้งานด้านองค์ประกอบ

JB2008เป็นแบบจำลองชั้นบรรยากาศของโลกที่ใหม่กว่า ตั้งแต่ 120  กม. ถึง 2000  กม. ซึ่งพัฒนาโดยกองบัญชาการอวกาศกองทัพอากาศสหรัฐฯและเทคโนโลยีสิ่งแวดล้อมอวกาศโดยคำนึงถึงการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ ที่สมจริง และวิวัฒนาการของพายุแม่เหล็กโลกตามเวลา^{[ 14 ]}มีประโยชน์มากที่สุดสำหรับการคำนวณการลดลงของวงโคจรดาวเทียมเนื่องจากแรงต้านของชั้นบรรยากาศทั้ง CIRA 2012 และ ISO 14222 แนะนำ JB2008 สำหรับการใช้งานความหนาแน่นมวลในแรงต้าน

• คำย่อและตัวย่อในด้านการบิน
• ความหนาแน่นของอากาศ
• บรรยากาศมาตรฐานของเครื่องบินเจ็ต

• เครื่องคำนวณค่าบรรยากาศมาตรฐานปี 1976 ออนไลน์ พร้อมตารางและตัวสร้างกราฟ (ภาษาดัตช์ดิจิทัล)
• โปรแกรมคำนวณแบบหลายภาษาสำหรับ Windows ที่คำนวณคุณลักษณะของบรรยากาศ (ทั้งแบบมาตรฐานและไม่มาตรฐาน!) ตาม "มาตรฐานบรรยากาศปี 1976" และแปลงค่าความเร็วลมต่างๆ (จริง / เทียบเท่า / ปรับเทียบ) ตามสภาวะบรรยากาศที่เหมาะสม
• แอปพลิเคชัน Android เวอร์ชันฟรีสำหรับแบบจำลองบรรยากาศมาตรฐานสากลฉบับสมบูรณ์
• เครื่องคำนวณค่าบรรยากาศมาตรฐานและตัวแปลงความเร็วของ NewByte
• เครื่องคำนวณชั้นบรรยากาศของ ICAO เก็บถาวรเมื่อวันที่ 11 ตุลาคม 2551 ที่Wayback Machine
• มาตรฐาน ICAO ที่เก็บถาวรเมื่อวันที่ 16 กันยายน 2009 ที่Wayback Machine
• เครื่องคิดเลข ISA รุ่นสมบูรณ์ (รุ่นปี 1976)
• ซอร์สโค้ดและเอกสารอ้างอิงของ JB2008 ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 15 กรกฎาคม 2023 ที่Wayback Machine
• เครื่องคำนวณบรรยากาศมาตรฐาน ICAO ปี 1993