Рис. 1. Зависимость температуры воздуха T от высоты h в земной атмосфере (штриховкой показаны границы предельных отклонений на высотах до 30 км) [2]
По характеру изменения температуры по высоте атмосферу делят на пять слоёв (рис. 1): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Участки перехода от слоя к слою называют паузами: тропопауза, стратопауза, мезопауза, термопауза.
Для получения зависимости давления от высоты рассмотрим статическое равновесие воздуха в поле гравитационных сил. Выделим элементарный элемент – цилиндр, в пределах которого плотность воздуха и ускорение свободного падения можно считать неизменными, с осью, перпендикулярной к поверхности гравитационного потенциала (рис. 2). Условие равновесия этого элемента будет иметь вид
pdF-(p+dp)dF-ρgdFdh = 0, (1)
где р – давление воздуха на высоте h; dp – изменение давления с изменением высоты на dh; dF – площадь основания элементарного цилиндра; ρ – плотность воздуха на рассматриваемой высоте; g – ускорение свободного падения.
Рис. 2. Схема равновесия цилиндрического элемента, выделенного из столба воздуха [2]
Из уравнения (1.1) легко получается зависимость
dp = -ρgdh, (2)
известная как дифференциальное уравнение гидростатики. Для интегрирования уравнения (1.2) и получения аналитической зависимости р от h необходимо знать характер изменения ρ и g по высоте. В частности, для несжимаемой жидкости, например воды, когда g = const и ρ = const, интегрирование даёт линейную зависимость давления от глубины погружения:
р = ро + ρgh,
где ро – давление на свободную поверхность жидкости; h – глубина погружения, отсчитываемая от свободной поверхности вниз.
Если известен характер изменения температуры по высоте, уравнение (2) может быть проинтегрировано. В частности, для тропосферы при
Th = Tо - αh, (3)
где Th , То – значения абсолютной температуры на высоте h и нулевой высоте соответственно; α – градиент изменения температуры по высоте, α = 6,5 К/км, получаем
ph = po· 
, (4)
где po – давление на нулевой высоте; g – ускорение свободного падения, g = 9,80665 м/с2; R – газовая постоянная для воздуха, R = 287,05287 Дж/(кг·К).
Для начального участка стратосферы, на котором температура воздуха постоянна,
ph = po ст·exp 
, (5)
где hо ст – высота начала изотермического слоя стратосферы, м; ро ст – давление на высоте hо ст; Tо ст – значение абсолютной температуры.
В реальных условиях параметры атмосферы подвержены заметным отклонениям от своих средних значений (сезонным, суточным, метеорологическим и др.). В целях обеспечения сравнимости между собой результатов лётных испытаний авиационной техники, полученных в различных ситуациях, в нашей стране и за рубежом используется так называемая стандартная атмосфера, параметры которой рассчитываются по формулам типа (4), (5) [3]. В качестве констант в ней приняты (помимо уже упомянутых): То = 288 К (tо = 15 °С); ро = 101 325 Па (760 мм рт. ст.); hо ст = 11 км; Tо ст = 216,5 К (tо ст = –56,5 °С); ро ст = 22 690 Па (170 мм рт. ст.).