欢迎分析一个水分循环实验中的问题!

张学文

欢迎分析一个水分循环实验中的问题!

张学文,2014/6/3

水分循环是地球上最壮丽、简单又神秘的自然现象,它联系着海洋大陆的蒸发,空中的云、降水以致地表的河流等等的地球水分的运动。

地球上的水分循环为什么维持在这种规模与速度下？是什么核心因素决定了它的规模与速度？对此，我认为自己说不准确，而气象学也没有比较定量的物理模型。

现在我们不讨论这个大问题，而是讨论一个具体的小实验（水分循环）中出现的现象和它的可能原因。

现在用（一）陈述这个简单实验，用（二）提出一个侧面问题由大家猜。此后的博客我再公布实验的简单数据与分析。

（一）水分循环小实验

我的水分循环实验是这样一个气象物理实验。它在阳光下，使一个密闭的小环境（朔料罐子）中出现地面水分蒸发，然后是蒸发水分凝结返回地面的过程。它确实是在一个有限的空间内实现了蒸发-凝结-降水现象，即出现了水分循环。

具体实验是这样的：

取两个透明的空朔料盒子，它们有盖子。一个罐子里放入一个小碟子，碟子内放入20克的自来水好一个温度、湿度表。然后把盖子拧紧。另外一个空朔料盖子内不放任何水分，都是有温度、湿度表。最后也把盖子拧紧。

把两个罐子都放到阳台有日光的地方。

结果是经过太阳嗮，一个罐子的小碟子中的水分就在罐子蒸发，并且很快在罐子的四壁、盖子处凝结出水滴。日光再强，这些小水珠进一步变大而下滑进入了罐子的底部。

如果把罐子内的小碟子中的水分比作海洋，那么流回盖子底部的水分就对应与气象学中的降水了。即我们在罐子内看到了水分循环。而日光是这个循环强度的重要控制因素。

另外一个没有盛水碟的罐子自然是没有蒸发-凝结这个水分循环循环。我们用它仅作对比可但是两个罐子内的温度、湿度我们是可以记录的。

（二）问题猜猜看

我目前没有测量这个水分循环的速度以及它与日光的关系。但是测量了两个罐子的温度、湿度。

现在请大家猜一下两个罐子的温度相同吗？为什么，它们的相对湿度相同吗为什么。

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-800092.html

南宫海语

谈谈自己的看法：装水的那个湿度更大，而由于水分蒸发气温应当降低（如果之前两个罐子的气温和湿度相同且湿度均较小的话）

南宫海语

补充一下，如果当时大气的湿度较大的话，那么净蒸发不明显，加上仪器的灵敏度限制，有可能导致观测的结果是两个罐子的温湿度均相同。
不知道小辈想的对不对，还请前辈指教

言深深

是否可以这样理解：
干瓶子相当于沙漠地区，没有水循环；有水的瓶子相当于沿海地区。这样：
1、对于无水瓶子，太阳直射的时候，温度上升速度快，湿度几乎不增加；太阳没有的时候，温度速度下降的也很快，湿度几乎不减少；
2、对于有水瓶子，太阳直射的时候，温度上升速度慢，因为水要吸收更多的热用于存储和蒸发，这时的湿度也比较大；太阳没有的时候，温度下降的慢，因为水凝结放热，这是的湿度逐渐减小。

兰北

我觉得是，水汽是一种温室气体，但是水分蒸发需要消耗热量，同时呢，水的热容量要比空气和塑料的热容量要大，所以有水的瓶子在白天吸纳的热量多，晚上放出的热量少。
    所以我个人觉得，应该有三个阶段：1.太阳刚开始直射的时候，瓶内未饱和，蒸发消耗热量，有水瓶子温度低，湿度高；
      2.太阳直射，瓶内水汽达到饱和，蒸发和凝结几乎相同，有水瓶子的温度和湿度都要高于无水瓶子；
      3.夜间无阳光时，由于有水瓶子存储的热量多，所以温度、湿度都比较高。
      不知这样是否合适？？还请多多指教       @张学文  @言深深 @南宫海语

言深深

兰北 发表于 2014-6-4 08:11
我觉得是，水汽是一种温室气体，但是水分蒸发需要消耗热量，同时呢，水的热容量要比空气和塑料的热容量要大 ...

关于第一条，温度下降的推断，和感官上有差别啊，我以前在沿海一带的时候，早上的温度貌似没有现在大西北的低呢，有水分，一般保持的温度都会比较高才对啊？具体请楼主公布答案吧。

denghaijun

谈谈自己的看法：
观点：
        湿度不等，而温度相同。
分析：
1.湿度不同，因为一个罐子中有水分蒸发，密闭空气中水分含量高，所以放水的罐子湿度高；
2.温度相等，放水的瓶子，有水分循环过程，由于瓶子空间小，水量小，且瓶内有温室效应，所以水分循环过程对瓶内温度的影响不大；无水的瓶子内，无水分循环过程，但有温室效应。因此，温室效应是控制了瓶内的温度的主要因素。
综上所述：湿度不等，温度相同；放水的瓶子湿度高。

artmunich

我感觉跟瓶子大小有一定关系。瓶子太小的话水汽形态的变化所带来的热量变化跟太阳直射加热比起来可以忽略。所以两个小瓶子在阳光照射下温度应该大致相等。
但湿度应该是有水的瓶子大一些。

张学文

水分循环实验中的温度、相对湿度数据与解释
张学文，2014/6/4
昨天在http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-800092.html 博客中介绍了一个在实验室模拟地球水分循环的简单实验。现在介绍实验中的一组温度、相对湿度数据以及对它的认识。
1.        丑话说在前面，我用的温度计、相对湿度计，都是一般市场买的没有鉴定证的。所以准确性不高。我们的观测也是隔着罐子壁，所以不很准确。我们也仅记录小数点以上的数值。
2.        观测进行了多次，但是仅有2014年5月30日白天我是每一个小时一次做记录。下面是对应的数值表。注意地点是乌鲁木齐而时间的北京时间，乌鲁木齐的中午是北京时间的14时！.即早晨北京时间8时是地方时的6时（春分日的日出时间）。表中红字对应太阳高度最高的时刻。
相对湿度值        8时        9时        10        11        12        13        14        15        16        17        18        19        20        21
湿罐子        90        88        81        78        75        58        62        60        62        52        63        79        90        90
干罐子        30        38        38        23        33        28        28        27        28        24        25        29        32        28

温度值        8时        9时        10        11        12        13        14        15        16        17        18        19        20        21
湿罐子        27        26        30        32        33        46        44        47        45        50        43        35        29        29
干罐子        27        23        28        29        31        43        40        42        40        47        39        32        25        25

3.        对温度数据的初步分析：5月30日乌鲁木齐是晴天，基本无云，中午、下午的气温低于30度。但是罐子里的温度可以高达46、47、50度。这应当用所谓花房效应（温室效应）来说明。不足为怪。但是湿罐子的温度居然比干罐子更高则是我们预先没有想到的（其他日子的观测也是类似结果）。如何理解它？后面再讨论。
4.        关于干湿罐子里的湿度的日变化，则表现出湿罐子高，这应当在预料之中。但是湿罐子在中午有积水、水滴的情况下居然相对湿度没有达到饱和的100%的相对湿度则是一个迷惑。难道密封的有积水的罐子里的水汽没有饱和？为什么？是仪器的误差太大？不清楚。
5.        我感到密封罐子在日光下的温度高于气温是应当的。但是湿罐子反而比干罐子在中午更热，似乎只能用水汽对温度的影响比我们原有的认识要强烈来安慰自己。这是真的？我们的观测有问题？不会，而如何解释它可能使我们对水汽作用有新看法。水汽的温室效应是否被我们低估了？
6.        我目前只能谈这些了，总之搞水分循环的实验室模拟是可行的（我关于密封罐子里日光下的蒸发量的测量还没有做），它涉及的很多环节都有待进一步认识。
7.        您对此有什么看法？

http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-800339.html