干空气与空中水的铅直输送量分布示意图

张学文

干空气与空中水的铅直输送量分布示意图

张学文，2015/5/6

本文思路等如引用，请注明出处，这里的数据，表。图还会逐步改进

气象学在介绍水汽的运动时，一般是突出它随空气一起运动。在两个博客，  http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-804124.html，http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-804463.html中我们突出说明了空中水（包括水汽、云滴、雨滴、冰雹）的运动与空气运动的共同性和区别,而重点是突出它们的区别。现在我们进一步用一个概念模型图以突出干空气的铅直运动（输送量）分布与空中水的铅直运动（输送量）分布的区别。

先谈干空气的铅直输送量概念模型：我的这个词的含义是给出不同高度（经常是以气压表示）上的垂直运动对干空气的垂直输送量。

根据气象学的基本认识，在大气上界是基本没有空气逃脱地球的。即大气上界流入宇宙的干空气的数量是零。另外气象学一般认为风速是平行于下垫面的，即它没有垂直于地面的分量。或者说在地面附近干空气不会钻入下垫面的（注意我在一些博客中对此提出过质疑，并且认为这种垂直地面的空气是引起霾的因素，但是现在我们不谈（忽略）这个认识）。在现在的讨论中，认定干空气垂直进入下垫面的流量也是几乎等于零的。

基于以上两点，我们一方面需要承认干空气中存在垂直运动，又知道垂直运动在地面、大气上界不存在，于是干空气的垂直运动仅发育于对流层大气的中部。另外考虑到平均而言，空气的垂直运动在气象学所谓的无辐射层达到最大，而无辐散层大约在4公里（600百帕）的高度。考虑到空气密度随高度迅速减少，所以由空气密度与速度乘积表达的空气输送量的最大值应当在地面以上，4公里以下。

以上就是干空气的垂直输送量的概念模型了。下面讨论空中水的垂直输送量模型。即给出地球上的空中水的输送量在空中各个高度上是如何分布的。

首先，空气水汽是不会离开地球的，即大气上界处的空中水的垂直输送量是零.

现在分析地面附近的空中水的输送量。由于地球的年平均降水量大约是1000毫米（1米深），所以在下垫面（地面附近）处从空中进入下垫面的空中水（雨滴，雪花，冰雹等等）是1米厚（每年）的水层，而且每年下垫面蒸发的水汽也是1米厚。以实现空中水平衡。

地面蒸发的水分进入空中就变成了空中水（以水汽为主），它们会向上延伸到不同的高度再以雨，雪等形式返回地面。由于我们理智地知道雨滴、雪花不大会越来越往高处去，而是逐步向下落地，于是地面收到了各个高度形成的雨雪，或者说地面收到的雨雪形态的水分的数量是比更高处的空中水的输送量要大。

这是个什么意思？这提示空中水的铅直输送量的最大值应当是出现在地面附近。考虑到水汽本身随高度的增加而迅速减少，我们只得承认空中水的输送量随高度是迅速减少的。其最大值出现在地面处。

有了上面的基本分析，我们就勾画了下面的示意表与示意图。

这里无论空气还是空中水（包括水汽、雨滴、雪花）都把自己的最大输送量定义为10，即它是关于自己的相对值，用以与其他高度上的相对值的比较。

这里的输送量，从物理上说，应当是密度与速度的乘积。也可以理解为全球的平均情况或者全球总的情况。

离地面的高度（KM）	大气压力	空中水相对输送量	空气相对输送量
0	1	10	0.1
1	0.9	9.5	5
2	0.8	8	8
3	0.7	6	10
4	0.6	4	9.5
5.5	0.5	2	8
7	0.4	0.7	5
9	0.3	0.5	1
16	0.1	0.1	0.1

                               
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这个示意图突出了空气与空中水在铅直方向的输送量的基本区别。它对认识水分的运动特征具有基础意义。

大气中的其他的颗粒物可能具有类似空中水的简直输送量分布的特征：近地面处最大！

也许还需要补充说明一些环节，这以后再讨论吧。

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