请问(物理/气象)学家:空气旋转可以生成云、雨吗?

张学文

请问(物理/气象)学家:空气旋转可以生成云、雨吗?

张学文，2014/2/2

1事实

1.1我喝奶茶，飘着的奶油星星点点飘在液面上，我搅动奶茶让它旋转，于是奶油滴就积于碗的外边界。

1.2我喝绿豆汤，沉重的绿豆就沉于碗底，经搅动，则它们积于碗的中央的位置。

于是我承认旋转对比重不同的物质具有分选作用，而这也是所谓离心机的基本原理。

2.思考

水汽是散布于空气中的颗粒。其粒子的质量比空气轻（其分子量比空气小）。如果我们旋转一个密封的透明的大玻璃杯。我觉得，水汽运动应当向杯子的外侧集中。于是杯子的边缘的水汽分子就可能饱和而出现凝结。而一旦水汽分子由单分子变成多分子的聚合体，其质量又比空气重，于是应当向旋转的中心集中。于是水分子的聚合体逐步变成了云滴、雾滴雨滴…而它们又返回大玻璃杯的中央，或者来不及回到中央而变成雨滴而下沉…

3.类比

台风就是一个旋转很快的空气块。其中心空气干，而外围云雨连连。这与前面考虑的物理实验没有可比之处吗？

4.实验

我们是否可以就此做一个实验：在高度旋转的、内装空气的玻璃瓶内生成云，以致出现雨？

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-764062.html

张学文

qiuboling 发表于 2016-1-6 22:19
下沉气流会使得天空晴朗的原理：
就像高气压天气一样，当气流下沉的时候天空变晴朗。
原因是下沉空气经历 ...

我的理解是当整层的空气下沉时，气温在绝热下沉中上升。而露点没有变化，于是空气变干。于是空气中的云就消散了。

精卫

这个问题不能简单的回答

snowie

首先你没有考虑地砖偏向力，在天气尺度系统中这个是必须要考虑的，所以水汽不一定是向外面运动的；其次，你的”杯子“是一个类似于封闭系统，而大气可是一个开放的系统；，就算按你所说也不一定一定要去中间；最后，成云致雨主要是靠垂直方向上的对流运动，这个是常识性的问题。   

snowie

关于你的实验，类比平时生活应该是在杯壁形成水滴，水滴会在重力的作用下下落...如果你认为这就是所谓的雨的话...

snowie

当然我这都是个人观点，欢迎大家一起讨论或者对我的错误进行批评指正~~

大力水手

空气旋转可以生成云、雨。台风、龙卷风的形成和延续都与此有关。
空气旋转生成云、雨的机理应该是碰撞，而不是离心力。
个人观点。

张学文

动力气象学是早已经（用另外的方式）回答了这些问题，还是根本就没有分析过这个问题？
这是我的疑惑。

snowie

张学文 发表于 2014-2-3 16:27

                               
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动力气象学是早已经（用另外的方式）回答了这些问题，还是根本就没有分析过这个问题？
这是我的疑惑。

在气象上大气的旋转是用涡度这个物理量来表示，而在动力气象中有一个重要的守恒就是位涡守恒。空气的旋转会影响空气的对流运动（也就是空气的上升或者下沉）从而影响大气中水汽的输送，水汽向上运动凝结成小水滴在高层大气上，这些是动力气象中的知识。至于如何从云变成雨，这些就应该是云物理的知识了吧...没学过云物理的说，不过感觉6楼分析的也有一定的道理,还是那句话，个人观点，欢迎批评

斥鷃

在我的印象中，动力气象并没有把旋转对物质的分离效应考虑在内，主要考虑的是假设无差别的空气分子（流体力学中的流点）在旋转作用下的运动情况。而造成云雨的条件是上升运动和水汽条件，其中上升可以利用大气的控制方程组来计算和估计，而水汽是作为一个预知的观测量来测定的（当然还有外部水汽的输送，也需要计入），所以无所谓旋转对水汽的分离。包括LZ举出的台风的例子也主要是风眼气流下沉运动晴好，中圈和外圈上升运动成云致雨。
另外，从气象角度来说，像副高这样的反气旋是边界位置下雨，内部晴好（大体上），而温带气旋则是内部位置也有很强的降水的，所以简单的考虑旋转的分离效应可能还是不妥。
LZ的实验很有意思，不过可能忽略了一个尺度的问题。在LZ实验时，杯子空间大小和旋转速度的比例和实际大气运动的这一比例还是有很大差异的。流体力学中普-泰定理也是应用在大尺度缓慢旋转流体中的，正是这一原理造成了大气的层结性，而杯子中的旋转流水则只是很小尺度的，而且旋转强度比涡度只有10的-5次量级的大气旋转大得多。所以我认为我们并没有看到大气中的氧气和氮气在气旋和反气旋中分离，很重要也是因为大气这种转动还不够快，要是大气转动程度达到楼主所实验的尺度的话（自然这个很恐怖），应该也是可能出现实验中所呈现的状况的。
以上也是个人理解，可能有些地方陈述有所不妥，欢迎指正。

斥鷃

by the way, 很喜欢楼主做的实验和联想，思考这些问题有助于重新审视我们学过知识的框架结构。