物质在大气层的垂直分布（文献）

qiuboling

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 ...

水汽往上输送, 水源主要在地面。
当气块上升到冷凝高度的时候相变就会出现。
一旦出现相变，水汽再上升就不遵守静力学的相关方程。
而是按照热动力学规律运动。
所以，与静力学有关的方程只适用于冷凝高度以下。

qiuboling

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。

气象学定义了饱和与未饱和空气，好像没有定义未饱和水汽。
物理学上未饱和水汽是指：处于气相尚未进入相变的水汽，见下图橙色区域。
https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_diagram
你的大气实验中，第二个实验是想建立水汽方程。
“初探”一书的水汽方程没有错，只是没有说明适用范围。

用水相图分析水汽方程的适用范围也很方便。
图中图绿色部分是水相，蓝色部分是固相。横坐标是温度轴，0摄氏度和100摄氏度都有红线对应。
纵坐标是水汽压力。在10毫巴的位置加了一道黑线，表示这是要观察到气块。
在0摄氏度红线的右边加了2条黑线，间距是10摄氏度。
设定地面温度是20摄氏度，地面气块温度也是20摄氏度，气块水压强10毫巴。
当气块上升到10摄氏度的时候气块与曲线相碰，表示气块出现冷凝。
这时候气块的高度是1000米（温度递减率：10摄氏度/1000米）。1000米就是冷凝高度。

能够这样计算的依据是：
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/
所以忽略高度对饱和水汽压的影响。


从水相图可以看出：使用水汽公式去计算不同高度的水汽压强也都会遇到相变问题。
也都要对水汽公式的适用范围加以说明。

张学文

qiuboling 发表于 2016-4-25 08:50
气象学定义了饱和与未饱和空气，好像没有定义未饱和水汽。
物理学上未饱和水汽是指：处于气相尚未进入相 ...

气象学中所论及的饱和都是指空气中的水分饱和，而不是指干空气变成液体。

qiuboling

张学文 发表于 2016-4-25 09:56
气象学中所论及的饱和都是指空气中的水分饱和，而不是指干空气变成液体。

“初探”一书中的水汽公式必需有适用范围。
因为它是静力学公式，只适用于冷凝高度以下。
不知道我把道理说清楚了没有？
不知道你看明白了没有？
或者有什么反对意见？

到底是饱和水汽还是水汽饱和都无关系吧？

张学文

qiuboling 发表于 2016-4-25 08:33
水汽往上输送, 水源主要在地面。
当气块上升到冷凝高度的时候相变就会出现。
一旦出现相变，水汽再上升 ...

“.....所以，与静力学有关的方程只适用于冷凝高度以下。”
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气象部门用气球从压力反算高度的计算从地面一直延伸到平流层，它依赖的公式就是静力学关系。而在低层用这个公式时，从形式看，理论家也应用了关于水汽的静力学关系。到了高层水汽的修订小，所以做干空气的静力学关系处理已经够了。而不是不能用静力学关系了。
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你所提的冷凝高度，可能就是我习题说的地面附近的空气“如果”上升并且出现凝结的高度。如果如此，请注意实际在这个高度以上的空气几乎经常是未饱和的空气。它与“空气块从地面的上升设想”不是一回事。

张学文

qiuboling 发表于 2016-4-24 22:01
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 ...

一块空气绝热上升时的温度、湿度、压力的变化是可以从热力学获得的。但是实际大气的温度、湿度、压力的分布经常与此不同。我们需要区别它们，对比它们。探空观测就是告诉我们它们的差别情况的。

张学文

qiuboling 发表于 2016-4-25 10:06
“初探”一书中的水汽公式必需有适用范围。
因为它是静力学公式，只适用于冷凝高度以下。
不知道我把道 ...

初探一书中的水汽公式的应用范围与气象学过去的做法是一致的。
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你反过来考虑考虑：地面空气可以有个凝结高度，850百帕的空气又有一个凝结高度，900,700,500等等百帕的空气都有冷凝高度...
所以这个概念不是分析大气热量状态的得力概念。而可能把自己搞乱了。热力学过程的结局与大气的热力学状态不是一回事

qiuboling

请张老慢慢思考，不用马上回答我的问题。
如果可能的话，参考一下热动力学方面的材料。

qiuboling

张学文 发表于 2016-4-25 10:09
“.....所以，与静力学有关的方程只适用于冷凝高度以下。”
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气象部门用气球从压力反算高 ...

涉及冷凝高度表示涉及热动力学。
我们讨论静力学方程与热动力学相关问题，请张老不要把问题扩展到别的不相关领域。

qiuboling

有一篇文章叫做 ”卫星水汽图3维空间推断“
https://www.meted.ucar.edu/norlat/sat_features/3dwv/print.php
意思是通过卫星水汽图去推断水汽的三维空间形状。
卫星图提供的是一个平面图。
要根据这个平面去推断它的3D图。