物质在大气层的垂直分布（文献）

qiuboling

张学文 发表于 2016-4-17 10:30
这个有不同液体的杯子处于静止状态,比重大的在最下层。它是不互相混合的液体在静力学平衡条件下的位能最 ...

不知道你的理论来自何处。

我估计与阿基米德有关，因为你说过：

氢气球自动上浮，菜汤里的油花飘在水面上都是旁证！

所以我给了你一张图，问你是不是这样。

但看了你的回答依然不得要领。

气块理论已经将浮力原理应用到天气学上，因为它将气块看成是孤立的系统：没有能量交换也没有物质交换。

在应用气块理论计算热气流强度的时候有个指数叫做热气流指数，不知道你听说过没有？

热气流指数是指上升气块的温度与环境温度之差，它标志热气流的上升强度。

热气流指数根本不考虑气块的水汽含量，因为相比之下水汽浮力占的比例实在太小。

还有，地面的水汽能否形成积云要看对流温度，也都不考虑气块的水汽含量。

原因都一样，水汽产生的浮力可以忽略。

下图的对流温度是20摄氏度。意思是：要产生积云的话，热气流离开地面的时候气流温度至少要20摄氏度，否则热气流到不了云底高度。

环境温度只有10摄氏度，需要很强的地面加热才能形成积云。

如果你认为水汽的浮力很大，你可以设定一些参数然后利用你的知识去计算，看看水汽含量对浮力是否真的影响很大。

图源：http://www.meted.ucar.edu/mesoprim/skewt/print_2.php#page_3.0.0

qiuboling

张学文 发表于 2016-4-17 16:43
你说的这些原则都是对的，
但是
1.气象观测的所有湿度数据都没有温度=露点温度的情况，即大气中的水汽 ...

.......  So, because water molecules move back into the liquid phase much more easily than ideal gas molecules, water vapor does not behave exactly as an ideal gas would.https://www.quora.com/Can-water-vapor-behave-like-ideal-gas
与其它的理想气体相比，水汽分子十分容易返回液相，其行为不是理想气体应有的。
译注：在68楼的图中，从LCL高度到300百帕，水汽分子几乎全部返回液相。这不是理想气体应有的行为。

..........In an equilibrium state, the amount of vapor above a liquid depends almost entirely on the temperature of the liquid.http://www.atmos.umd.edu/~stevenb/vapor/
平衡状态下液面之上的水汽量几乎取决与液体温度。
译注：理想气体方程中的M成为一个变量，成为温度的函数。

上面2个句子说明水汽不是理想气体。
同时也说明为什么水汽会急剧减少。

我们讨论水汽的垂直分布，不能不讨论云底高度以上为何水汽会急剧减少。
况且在云底高度以下还存在各种各样的雾。
雾的形成同样表示水汽因饱和形成了液滴。
在有相变得情况下理想气体方程式不适用，这一点你是清楚的。

水汽垂直输送是天气学的核心内容，也是水文学的核心内容。你一直将水汽看成是理想气体，没有留意到理想气体方程对水汽的不适用范围和不适用原因。所以你觉得水汽垂直分布有问题，所以你认为“这应当是气象学的疑题。”
我说，这会不会是你认识上的误区？

当你明白云底高度以上水汽急速减少的原因之后，你就不会再有轻的水汽水分为什么往下沉？--气象学里存在“水汽悖论”？这样的论调。

希望你不会对我说：“温度-对数压力图是错的，因为它没有承认水汽满足静力学关系。”
温度-对数压力图确实不是静力学那家子的，它是热动力学图。
运用热动力学图能够解决静力学解决不了的问题。

你说：假如目前的水汽是由6分子团簇构成，那么就比较符合水汽随高度迅速减少的实际情况(见61楼)

在你说这句话的时候显然未理解或者不知道68楼那张图的含义。

如果你明白68楼的图，一切问题都迎刃而解，也就没有那么多的猜测和疑问。

你也不会再去寻找6分子团簇的水汽，因为你会知道就算存在微量的6分子团簇的水汽也不是什么了不起的事情。它不可能推翻目前认可的水汽含量计算公式，也不可能推翻68楼的图。

我建议你看一看Skew-T / Log-P 教程，它会扩展你的视野。

http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=41270&extra=page%3D2

qiuboling

看看热动力学图如何解决水汽的垂直分布问题

高度（百帕） 饱和混合比（克/公斤）
620       2.0
520       1.0
475       0.6
380       0.2
330       0.1
300       0.1以下（视为痕量）

这样就很清楚地描述了水汽随高度递减的定量关系。

qiuboling

张学文 发表于 2016-4-14 12:25
“运用了静力学原理去探讨物质在大气中的垂直分布。
这是原则错误。
因为天气学的问题不是静力学问题，而 ...

你说：
……把压力温度数据换算为等压面高度的计算都依赖所谓静力学方程。所以如果是错误那么气象学已经错误了数十年了。
再就是现在地面气象观测中的从本站气压到海平面气压的换算也是利用静力学方程。
可以说静力学关系是气象学中被广泛认可和利用的关系……(52楼)
…….不是我否认动力学，而是在铅直方向上，气象学利用静力学关系计算了太多的内容人们都接受、运用了。(54楼)
……..未饱和的水汽在气象学中被认为是理想气体之一。把静力学关系用与全部空气，等价于承认水汽满足静力学关系(69楼)


我们现在讨论水汽的垂直分布, 讨论气块的相变以及它的热动力学过程。
回忆一下你说过的话，你觉得合适吗？
如果你的静力学知识能够搞定这个问题，也就不存在所谓的“水汽悖论”，对吧？

张学文

qiuboling 发表于 2016-4-19 07:09
你说：
……把压力温度数据换算为等压面高度的计算都依赖所谓静力学方程。所以如果是错误那么气象学已经 ...

“你的静力学知识能够搞定这个问题，也就不存在所谓的“水汽悖论”，对吧？”
--------
水汽压力随高度的减少的特征，类似空气压力随高度的减少的特征，空气的这个特征可以用空气基本满足静力学关系说明，并且获得了广泛使用。
由此可以认为水汽也类比地基本满足静力学关系，但是水汽随高度的迅速衰减说明它满足的是“分子量”为108的粒子的静力学关系。

qiuboling

张学文 发表于 2016-4-19 10:04
“你的静力学知识能够搞定这个问题，也就不存在所谓的“水汽悖论”，对吧？”
--------
水汽压力随高度 ...

还是回到6和1的问题。
两种推论都经过若干步骤最后才得到结论。
现在结论有两个：6和1.
6和1之中只能有一个存在。

所以我要求你指出1是错的，
你的回答是：
“目前利用探空资料计算各层含水量的理论公式，实际上也是认为水汽符合静力学平衡关系，而且公式外形我也认可。
但是这个公式中的水分子量如果改为108，而不是18，那么计算的结果就与水汽（包括比湿）随高度迅速减少的实际比较一致了。
难道水分子的分子量可以随便改？我的回答是空中水粒子如果认可是6个H20的分子团簇，那么矛盾就消失了。所以我猜空中水分颗粒是6个水分子的团簇。”
我认为你未能证明它是错的。因为你的依据中带有猜测成分：靠猜的。

为了证明[水汽随高度的迅速衰减说明它满足的是“分子量”为108的粒子的静力学关系]这一论点是错的，我重温“初探”一书。只要指出你的推论中某个步骤是错的，那么6的理论就是错的，108也就不成立。

你说可以吗？

张学文

qiuboling 发表于 2016-4-19 14:25
还是回到6和1的问题。
两种推论都经过若干步骤最后才得到结论。
现在结论有两个：6和1.

可以，而且欢迎呀！

qiuboling

张学文 发表于 2016-4-19 15:34
可以，而且欢迎呀！

现在你要回答我的问题了。
水汽是理想气体吗？

qiuboling

下面的公式与你书上的公式是一样的，适用于对流层。
https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_pressure
我之所以引用这个公式是因为它对参数说明很详细。
特别是M。
M是指干空气的摩尔质量，意思是它只适用于干空气。
0.0289644 公斤/每摩尔干空气

qiuboling

将含有1摩尔干空气的气块从地面抬升到200百帕高度，这气块还是保留着1摩尔的干空气。
将含有1摩尔潮湿空气的气块从地面抬升到200百帕高度，这气块保留着不到1摩尔的干空气。
将含有1摩尔水汽的气块从地面抬升到200百帕高度，这气块保留着液态水以及可以被忽略的水汽，没有干空气。
原因是从冷凝高度到200百帕高度，水汽分子几乎全部返回液相。
因为水汽不是理想气体。

在绘制曲线的时候不但要标注平均温度，还要注明相对湿度0%。见下图