汽往冷处聚（10）-水汽往高纬移的分析.3

张学文，20170422-25

l 前面在http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1049104.html 中指出高纬度的降水大于本地蒸发，所以它需要有低纬度的水汽流入高纬度去平衡它。在北纬40度纬圈上我们计算出每年往高纬度输送的水汽达到22万亿吨。或者说每秒钟，北纬40度纬圈上的每米要有23.5千克的水汽进入高纬度。而这个水汽输送量的数量级与气象知识是基本相容的。

l 随后我们指出水汽进入高纬度可以是(不见得必须如此)空气进入高纬度的附带结果。气象学的很多论文都是通过空气的移动（风速）计算水汽输送量的。但是水汽如果全靠空气带入高纬度，那么高纬度地区大气压力必然一直增加。而这显然是不可能的。

l 于是我们的高纬度水汽输送模型中必须分析对应空气在高纬度地区平衡。在http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1050014.html  中我们指出，只要认可流入高纬度的空气所带来的的水汽大，离开高纬度的空气携带的水汽少，并且空气的数量与进来的相等，就是一个合理的物理模型的：空气进、出量相等，水汽的流入多于输出）。

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l 现在我们具体分析一下这个考虑了干空气和水汽的进出物理模型中有关变量的数量级，看看它是否合乎气象基本知识。这里我们假设：在高纬度的纬圈上（360度经度）要有一半的（360度经圈中的180度经圈上）是空气（与水汽）往高纬度输入，而另外一半是从高纬度有空气和水汽往外流。其中干空气的流入与流出量相等。这保证了出入高纬度的空气质量的相等（平衡）。

l 假设出去的空气中不含有水汽，即进来的空气所带的水汽全部在高纬度凝结干净。那么由于进入的气流仅占了50%的纬圈，所以水汽的输送强度必须是前面求得的值的乘以2才可以满足水分平衡的要求。即进入的水汽输送强度应当是23.5*5=47千克/米秒。

l 另外，考虑到气象实践中我们从没有遇到过水汽含量为零的情况。即流出高纬度的空气都携带着一定量的水汽。一个妥当的设定不妨是这样：离开高纬度的空气所带走的水分是进入高纬度的空气中的水分的50%。这应当是可以接受的。而这意味着我们需要认可进入高纬度的水汽输送强度应当是47*2=94千克/米秒。出去的空气中的水汽输送强度是47千克/米秒。这样就实现了40度以北地区空中水的平衡需要。

l 以上的物理量估量符合理论要求，但是它气象实际吗？遗憾，作为北纬40度纬圈的对流层下部（含有水汽的部分）的年平均风的向北分量，我们估量它也就是1米/秒的水平。所以要达到这里要求的水汽输送强度就要求水汽含量是94毫米（1平方米空气柱94千克水汽）。而这个水汽含量是当今气象学不认可的（太大）。要知道气象学目前认可的全球平均水汽含量仅是25毫米，或者说每平方米的水汽是25公斤。

l 如何克服水分循环要求的水汽输送量大，而空气无力携带这么多的水汽进入高纬度地区的问题？！

l 我们的一个回答方式是：面前分析的是气象学的经典思路：水汽都是空气携带着移动的。既然空气无力携带这么多水汽进入高纬度地区，那么我们就得承认有相当数量的水汽不是由空气携带进入高纬度地区的。汽往冷处聚的水汽输送模型就不需要空气携带水汽运动。即前面要求的水汽输入量可以依靠汽往冷处聚的物理过程而进入高纬度的。

l 话也可以反过来说：维持高纬度地区的降水量的水汽来源中的缺口（本地蒸发量不足以支持降水）可能主要依靠汽往冷处聚的物理过程补充。

l 最后补一句，上面的分析仅是思路之一。对此水汽缺口也可能由另外一个思路所化解。这个思路是空中水本来就被气象学严重压低了。空中的实际含水量应当是目前方法计算的水汽值的6倍。对此的分析欢迎参考《空中水文学初探》（气象出版社，2010）中的分析，这里就不细说了。

（待续）