空中水在各个高度上的相对滞留时间表

张学文

空中水在各个高度上的相对滞留时间表
张学文，20171009-12

我们已经知道空中水在空中大于滞留9天（按照我的一种理论分析是54天—这权当作另外一个有关参考数据），我们还知道空中水汽主要集中在大气的下层。这也引出了如下问题：空中的水汽在不同高度上滞留的相对时间各为多少？这显然是个合理的问题，而它是需要寻找一个函数来回答本问题。

最近突然想到这个的答案应当与水汽在各个高度上的分布函数不仅是有关的，而且它们居然是相同的一个函数。

于是我回顾自己过去在水汽随高度分布的文字，发现2011那我给出的盆地对水汽和空气的封闭长程度的表和公式基本回答了这个问题。

在那里我用教科书一般认可的水汽随高度的分布关系用下面的公式表达

ez=e0*(10^(-h/5000))

这里ez，e0的分别代表z高度和0高度（海平面）上的水汽压力。h是海拔高度，它以米为单位。即空中水气的压力随高度按负指数减少，每5000米减少一个数量级（如5000米高空仅是地面水汽压力的/10）。

基于这个公式，基于我们承认空中的水分是循环的，即每个空中的水汽分子在空中滞留的时间仅有若干天。我们得到空中水气在其存在期间内，它在各个高度上的相对滞留时间就是下表（等价于前面的公式）

高度范围(公里）	水汽滞留在本范围的相对时间（%）
0-0.5	20.57
0.5-1	16.34
1-1.5	12.98
1.5-2	10.31
2-2.5	8.19
2.5-3	6.50
3-3.5	5.17
3.5-4	4.10
4-4.5	3.26
4.5-5	2.59
5-5.5	2.06
5.5-6	1.63
6-6.5	1.30
6.5-7	1.03
7-7.5	0.82
7.5-8	0.65
8-8.5	0.52
8.5-9	0.41
9-9.5	0.33
9.5-10	0.26

例如，空中的水分子在其存在的阶段，平均地说，有20.57%的时间处于0-500米的大气最低层。有1%的时间处于6.5公里到7公里的范围内，等等。显然从表中我们看到水汽分子大部分时间处于大气的低层。

十分显然，这个表的第2列也可以理解为水汽分子在对应高度范围的相对存在数量%。在某高度范围的水汽存在的相对数量与水汽分子在该范围的存在的相对时间是一个数值？我感觉它应当如此，而且简单到我找不到语言解释它。

这里也欢迎您对此给与说明。

下面附上我的相同公式用与说明盆地水汽数量的博客

盆地水汽（空气）的封闭程度表

张学文，2011-6-11

本人最近提出了干盆地和湿盆地两个概念http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2024&do=blog&id=446836。这里涉及对盆地的水分的封闭程度的认识。确实，山体对盆地上空的空气和水分的封闭程度有多大，这需要有个大致的概算。这里给出了四周完全封闭的盆地的粗略计算结果。欢迎研究盆地水分循环的人士参考（如果在文章中引用，希望注明出处）。

一个四面完全封闭的盆地，自然阻挡了空气与水汽的流动。由于水汽更集中在底层，相同高山所封闭的空气与水汽是不同的。这里给出一个表，它是针对四周都存在高度相同的山体的封闭盆地而计算出四周山体所封闭的空气（或者水汽）占当地上空空气（或者水汽）总量的对应的百分比。

盆地四周山体的相对高度/米	盆地对水汽的封闭程度	盆地对空气的封闭程度
0	0.000	0.000
200	8.799	2.526
500	20.567	6.196
1000	36.904	12.008
1500	49.881	17.460
2000	60.189	22.574
2500	68.377	27.371
3000	74.881	31.871
3500	80.047	36.092
4000	84.151	40.052
4500	87.411	43.766
5000	90	47.250

       例如一个被500米高的山体包围的盆地，其盆地内的空气（指受到周围山体阻挡，流不出去的空气，下同）占盆地上空空气总量的6.2%，而盆地内的不能外溢的水汽却占了盆地水汽总量的20.5%。这说明山体对水汽流动的影响更大。而一个1500米深的盆地就有50%的水分存在于山顶高度之下。所以，考虑盆地降水等问题需要知道周围山体对水分运动的强烈影响。

       以上计算是基于下面的公式

p(z)=p(z0)*10^(-z/18000)而获得的。大家知道这个公式是气象学里所谓压力高度的简化。P，z,zo分别表示压力、高度，基面的高度。高度以米为单位。

e(z)=e(z0)*10^(-z/5000)而获得的。这个公式是气象学里关于水汽随高度变化的经验公式。e，z,zo分别表示水汽压力、高度，基面的高度。高度以米为单位。

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