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大气柱的湿饱和含水量:空中水文学名词初集(10)

已有 709 次阅读 2019-5-5 17:46 |个人分类:空中水文学名词19|系统分类:科研笔记

大气柱的湿饱和含水量:空中水文学名词初集(10

       张学文,20190505

              这是指空气柱中在特定(湿饱和)意义下的最大含水汽含量。而“大气柱”本指当地地面(空气很密)到大气顶(空气已经稀薄到密度为零)这个范围,但是这里实际是指从大气压力下界为1000百帕,hPa,(地面附近)到200百帕,hPa,(大约12公里的高空)之间(对流层)的大气层。

       这里含水量是指这个空气层内的水汽的总量(厚度,单位通常是毫米),而且是指在

1.       1000百帕到200百帕的空气层的温度变化与饱和的湿空气绝热膨胀过程的温度变化一致;

2.       其水汽压力是(应当是)该温度条件下最大的饱和水汽压力;

条件下的全层(1000百帕-200百帕)水汽总数量。

       这个水汽数量是可以通过物理学的湿绝热过程而计算的。其水汽的数量仅依赖于1000百帕(空气底层)的气温。即知道了地面附近的气温就可以知道全层(1000-200百帕)的空气内的水汽含量,而它也是特定(湿绝热)意义下空气柱水汽的最大含量了。

       下面给出对应的有关数据(注下表与文字来自王维佳的一个稿子,顺此谢谢王维佳)

----

1000hPa温度数值(即露点,℃)与1000hPa200hPa的水汽含量的关系

(气层的温度与露点相同,当地大气处于湿绝热大气状态)

温度( ℃)

30

29

28

27

26

25

24

23

22

21

水汽 (mm)

121

111

103

95

87

80

74

67

62

57

温度 (℃)

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

水汽 (mm)

52

48

44

40

36

33

30

28

25

23

温度 (℃)

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

水汽 (mm)

21

19

18

16

15

13

12

11

10

9

温度 (℃)

0

-1

-2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

-9

水汽 (mm)

8

7

7

6

6

5

5

4

4

3

温度 (℃)

-10

-11

-12

-13







水汽 (mm)

3

3

2

2







 

这个温度与含水量的关系也可以用图或者公式表示。

 

123

   对流层湿绝热大气底层1000百帕,hPa,的温度与气柱含水量mm关系

 

这个温度与含水量的关系对应的公式是:

w=8.9exp(t/11.43564)                           公式中的w就是对流层(从1000hPa200hPa)的水分含量(单位:mm),1000 hPa(海平面处)的温度(单位:℃)。这个公式显示水汽含量是地面温度的指数函数。它与上面的数值的偏差在1mm 之内[1]。如果当地的海拔比较高,气柱含水量就比这个表给的值小。我们也可以把这里气柱含水量看成是此地面(1000hPa)温度下,大气可能含有的最大含水量。实际大气仅在降水量很大的时刻,接近这个含水量。在其它时刻一般没有这么多水分。

----

以下文字继续是作者张学文的

       天气实践表明一般情况下空气柱的含水量都小于表中给的湿绝热大气的含水量数值。在发生了大降水的情况下,其当地的空气柱的水汽含量接近这里的表中的数值。

 



[1]本表数据来自20世纪70年代印的《最大可能降水》(詹道江译自美国的一个手册书)。公式的拟合是杨舵与张学文完成的。




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