空中水平均水平游程:空中水文学名词初集（11）

         张学文,20190509      

空中水是不断循环的，即这些水分子以蒸发的方式进入大气层中，又以降水的方式返回下垫面。对每个参与了空中的水分循环的水分子来说，它总存在一个从蒸发到变成降水返回下垫面的行程长度（不考虑分子热运动的行程，仅考虑具有气象意义的水平运动）。我们把水分子在空中的这种行程长度的（应当是所有空中水分子）平均值称为空中水平均水平游程。其所以仅考虑、分析其平均值是因为我们很难追踪局部的水分子的运动路径，而仅是设法推测其平均运动了多少行程。注意这个距离的含义与水分子从蒸发地点到降水地点在地球球面上的对应地球的大圆弧的长度的含义是不同的。空中水的”从蒸发地点到降水地点的大圆弧的长度”是另外一个的概念，其数值比这个值要小（对它我们需要另外定义一个特征值，而不是与此混淆-）。

推测空中水水平方向的平均游程（移动距离）L的一个思路是设法知道空中水分子的平均在空中的存在时间τ，以及空中水汽分子在水平方向的平均移动速度v。显然，粗略地说平均水平游程L与平均移动速度v、平均存在时间τ存在如下的关系：

L=v×τ

即平均移动速度v乘以水分子在空中的平均存在时间τ就是空中水平均游程。而这里的空中水平均存在时间也就是空中水平均的循环一次的时间长度τ。它也称为水分循环的周转期http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1176219.html 或者平均寿命。

目前比较公认的水分循环平均的周转期大约是9天。

如何估量空中水在空中平均在水平方向的移动速度？我们目前只能认为它与本层的空气水平运动速度是差不多的。考虑到空气在空中的平均移动速度大致是8米/秒。但是这个数据是全球从地面到平流层的风速的平均值。而我们知道水分主要存在于5公里高度以下而不是像空气那样延伸到20公里。考虑到5公里以下的空气的平均水平速度比较低。所以全球水分的平均水平运动速度比空气的8米秒要小。我们取为3-4米/秒可能比较合适（这与我在http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-466330.html 中的估计有区别）。

根据以上分析，我们用前面的公式计算了不同的空中水水平运动平均速度、不同的空中水周转期情况下的空中水平均水平游程表，如下：

在表中我们对水汽平均水平运动速度取1-10米秒，这10个离散值。而水汽平均在空中循环一次的历时（周转期）取1-45天的10个离散值，我们获得如下的平均水平游程表（考虑到偏大偏小情况）。

不同的空中水周转期天数（横坐标）、不同的空中水平均速度下，空中水平均的水平游程表单位：公里,km

以上的表中红色粗体数字是接近我们的分析数值的。其他数据供对比参考。（图欠美观，待改进）。

从表中的数据看，空中水平均的在水平方向大致是从蒸发进入空中到变成降水离开空中而运行（游荡）的距离是2000公里到5000公里。这应当是全球的空中水的平均值。

空中水的这种运动显然与我们从水分子蒸发地点到降水地点所绘的地球上的大圆弧（类似地球的经度圈的曲线）是不同的。后者是球面上两个地点的最短距离，而水分子在空中不可能像人类的飞机轨迹那样总是沿着两点（蒸发到降水）之间的最短距离运动。对此我们以后另外讨论。

参考博客

http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-466330.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-741955.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-699329.html