物质在大气层的垂直分布（文献）

qiuboling · 发表于 2016-4-23 08:57:00

现在分开讨论

实验一：在常温下，把管子内装入一些干空气以后封闭它。再把管子在地球引力场中竖立起来,问位于不同高度处的大气压力随高度的变化规律是什么。
张老说：
实验一基本是气象学几乎早已经回答的问题，它联系这所谓静力学方程，一般认为压力随高度是负指数递减的（压高公式）。20世纪测量高度就依赖这个关系—从压力换算出高度。

张学文 · 发表于 2016-4-23 09:30:33

qiuboling 发表于 2016-4-22 12:41
气象学上, 空气由干空气与水汽组成.
未饱和的空气是指气块还可以容纳水汽.距离饱和温度还有一点距离.
...

温度露点差大于0的空气都是未饱和的空气，即实际水汽压力小于该温度下的饱和水汽压力。

qiuboling · 发表于 2016-4-23 09:49:18

本帖最后由 qiuboling 于 2016-4-23 09:55 编辑

张学文发表于 2016-4-23 09:30
温度露点差大于0的空气都是未饱和的空气，即实际水汽压力小于该温度下的饱和水汽压力。

你说的很对。
什么是没有饱和的水汽呢？

回忆一下你说的话：
张学文发表于 2016-4-22 12:14
历来的气象教科书都是这样认定的：未饱和水汽的状态变化服从（它自己的）气体状态方程。

qiuboling · 发表于 2016-4-23 10:10:09

本帖最后由 qiuboling 于 2016-4-24 19:14 编辑

继续讨论前面张老的气压实验。
这些实验都是前人的经典实验，但不是这样做的。
文献来源：http://www.ess.uci.edu/~yu/class ... .thermodynamics.pdf

前人的实验使用气球，因为这是一个关于PV=nRT的理想气体静力学实验。
使用气球可以观察到静力平衡下气球的体积变化。

在冷凝高度以下随着高度的增加，发现气球的压力都符合理想气体公式。
同时发现气球内的温度变化规律是：每上升1000米温度下降大概10摄氏度。于是将这个温度递减率称为干绝热递减率。
所谓干，是指气球里面的空气没有饱和，气球里面是干的。
在冷凝高度以下的过程叫做干绝热过程。
于是得出结论：在干绝热过程中含有水汽的空气符合理想气体公式。

qiuboling · 发表于 2016-4-23 12:23:55

本帖最后由 qiuboling 于 2016-4-24 19:15 编辑

在冷凝高度以上情况不一样。
参考下面的图，图源http://www.ess.uci.edu/~yu/class ... .thermodynamics.pdf

在下面的图里，海拔1000米是冷凝高度。
气球上升到1000米的时候空气饱和，温度露点差等于零。
随着高度的增加，气球里面出现越来越多的液滴------水汽不断返回液相。
气球里面变得越来越湿。
同时发现气球里面的温度递减率是：每上升1000米温度下降6摄氏度。
温度下降没有那么快了，原因是水汽返回液相的时候释放了潜热。
一旦释放热量，热力就会做功。
就好比内燃机的气缸在热力作用下推动活塞做功一样-------涉及了热动力学。

在冷凝高度以上气球压力不符合理想气体方程。
表面原因是空气中的n不断减少，n成为变量。
实质原因是这一过程中气球里面的空气经历热动力学过程。

气压订正公式的原始公式是理想气体方程，WMO在说明气压订正公式的时候加了一句话：
本公式适用于海拔750米以下的高度。

qiuboling · 发表于 2016-4-23 13:05:57

本帖最后由 qiuboling 于 2016-4-23 15:05 编辑

在冷凝高度以上饱和空气不符合理想气体方程还体现在：潜热改变了T和V。
参考下面的图，图源http://www.ess.uci.edu/~yu/class ... .thermodynamics.pdf
请留意图中框框的公式。

qiuboling · 发表于 2016-4-23 17:01:31

本帖最后由 qiuboling 于 2016-4-24 16:48 编辑

在大气实验的帖子中张老问了两个问题：

1. 实验三是与实际大气类似的条件。可它的理想结果与实际大气的平均情况一致吗？

2. 水汽为什么比空气更集中在低层？

对于第1个问题：
这个实验只是提出了方案，没有真的进行下去。到底是个怎样的结果张老没有介绍。
实际大气的平均情况又是怎样，张老也没有介绍。
两个都是未知数，如何比较？

对于第2个问题：
水汽比空气更集中在低层是因为饱和水汽压几乎只取决于饱和时候液相的温度。
http://www.atmos.umd.edu/~stevenb/vapor/
下面的温度-对数压力图是今天08时北京的图。
早上8时地面温度15摄氏度，500百帕温度是-18摄氏度，

再看看下面的温度-饱和水汽压图。
地面在15摄氏度的时候饱和水汽压是18百帕。
地面在-18摄氏度的时候饱和水汽压是1.2百帕。

500百帕高度是二分之一大气压力的高度。
地面的饱和水汽压是18百帕，在500百帕高度饱和水汽压可能1.2百帕都保不住。

qiuboling · 发表于 2016-4-24 12:16:49

本帖最后由 qiuboling 于 2016-4-24 18:04 编辑

张学文发表于 2016-4-19 15:34
可以，而且欢迎呀！

在冷凝高度以上，理想气体方程是否适用？

张学文 · 发表于 2016-4-24 20:34:54

对于水汽已经饱和的空气，它如果降温，就会出现凝结
如果温度不变化或者增加，它依然服从理想气体状态方程。

qiuboling · 发表于 2016-4-24 22:01:50

本帖最后由 qiuboling 于 2016-4-24 22:03 编辑

张学文发表于 2016-4-24 20:34
对于水汽已经饱和的空气，它如果降温，就会出现凝结
如果温度不变化或者增加，它依然服从理想气体状态方程 ...

既然是这样就要对导出公式加以说明：本公式在冷凝高度以上的湿绝热过程不适用。
湿绝热过程是降温的过程，在冷凝高度以上降温会出现凝结，所以不适用。
对不对？

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