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与水分循环有关的分布函数

已有 2436 次阅读 2012-2-14 10:29 |个人分类:水分循环17|系统分类:科研笔记|关键词:水分循环,分布函数| 分布函数, 水分循环

与水分循环有关的分布函数

张学文,2012.2.14 

(下面的具体文字取自张学文《组成论》第3篇206-207页,2003,中国科学技术大学出版社)

水分在大气中的循环是重要问题。为了研究它们。气候学研究中曾经提出过“水分循环系数”概念,用以描述当地的降水中区域内的水分占的比例。但是什么是区域内?如果把区域定为整个地球,水分循环系数应当等于1,如果把区域定为1平方公里,估计水分循环系数应当等于0。有鉴于此,“水分循环系数”概念的用途就有很大的局限性。

有了分布函数概念以后,描述水分循环问题就方便多了。我们可以从多角度描述大气中的水分循环特点。

有人问当地的降水是从那里来的,就可以这样定义一个降水来源函数,它描述在当地的降水量中从不同地点(与当地的距离)蒸发的水分各占多大的百分比①。有人问当地蒸发的水分到那里去了,可以这样定义一个蒸发去向函数,它描述当地蒸发的水分中在不同距离的地方变成了降水所占的百分比是多少②,见表19.3

分析揭示蒸发的水分分子平均在大气中滞留8天就以降水的形式又回到了地面。这个数字对于认识水分循环确实非常重要,但是仅有这个平均值难以深入认识问题。利用分布函数概念思路就深入了一步,例如问:形成本地的降水量(一场雨或者一年的降水)中它们在空中滞留不同时间的水分各有多少?③。类似地也可以问:本地蒸发的水分中在空中滞留不同时间以后才降落的分别占了多大的比例(权重)?④。显然这又为水分循环研究引入了两个重要的分布函数。

19.3与水分循环有关的分布函数

  

广义集合 

个体名称 

标志(变量)名称 

分布函数要描述的问题 

分布函数 

我们给的名称 

当地的降水量(一场雨、一个阶段)

单位降水量

该水分的蒸发地点与降落点的距离

不同(来源)距离的降水量各有多少

降水来源(水平)函数

当地的蒸发量

单位蒸发量

该水分蒸发地点与降落地点的距离

不同(去向)距离的蒸发量各有多少

蒸发去向(水平)函数

当地的降水量

单位降水量

该水分从蒸发到降落在空中滞留的时间

不同滞留时间的水分各有多少

降水滞留时间函数

当地的蒸发量

单位蒸发量

该水分从蒸发降落在空中滞留的时间

不同滞留时间的水分各有多少

蒸发滞留时间函数

当地大气中的含水量(气体)

单位含水量

水分所在的高度(气压)

不同高度(气压)上的水分各有多少

负指数

水气的垂直分布函数

当地的云

时间

当时有(无)云

有云与无云的概论各有多少

不同地点差别很大

云的有无的概率

当地的云

单位含水量

云所在的高度(气压)

不同高度(气压)上的云中水分各有多少

云的含水量的垂直分布函数

某地的降水量

单位降水量

该水分从蒸发到降落前达到的最大高度

达到不同高度的水分然后变成降水的各有多少

降水来源(垂直)函数

某地的蒸发量

单位蒸发量

该水分从蒸发到降落前达到的最大高度

达到不同高度的水分然后变成降水的各有多少

蒸发去向(垂直)函数

  

在气象学中证实,空气几乎是时时保持静力平衡关系,即任何高度上的大气压力几乎总是与其上的大气质量形成的重力相等。但是对于水分(汽),它严重地偏离了关于水汽的静力关系。与此相关,我们应当研究不同高度(或者气压)上各有多少水分(气体状态)⑤。

与此类似,还可以问:不同高度(或者气压)上的有云的概率各有多少⑥以及如果有云,那么它的含水量是多少⑦。

蒸发到大气中的水分最终都是以雨雪的形式降落下来,但是进入大气以后作为气体状态的水分有的可以升到比较高的高度,有的则在比较低的地方就变成雨点而降落了。这自然又形成了下面的分布函数:某地降落的水分中来自不同高度(气压)的雨滴或者冰晶各有多少⑧。某地蒸发的水分中在不同高度(气压)变成雨雪而降落的各有多少⑨。

19.3中列的这些分布函数大多数属于首次提出,而我们也没有来得及研究它们。这里列的9类分布函数中的每个分布函数对于不同的地理位置对都可以有不同的具体的分布函数,所以 它们实际代表了很多分布函数。根据对其他分布函数的研究,估计不同地点的相同类型的分布函数可能具有相同的公式类似但是公式中的参数因地点而不同。这些都等待人们研究。我们的任务主要是利用分布函数概念科学地提出气象问题。相信这些概念的明确会推进大气水分循环研究,并且对改进降水量的预告、认识、改造气候有帮助。 



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3 于雪涛 樊晓英 dulizhi95

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