暴雨要求多大的湿气流去支撑?

张学文,2012/7/21

每年夏季,关于暴雨成灾的消息总是不断。打开气象部门公布的降水图，可以看到汛期的每天降水量大于50-100毫米的区域所笼罩的面积都在10万平方公里的数量级。

一辆洒水车，洒不了多少路，水就没有了，大气里究竟有多少水支持这么大的面积上有这么大的降水量？

确实，多大的暴雨要求多大的湿气流持续支撑它、维持它?这里就分析这个问题。

l       按照目前的气象学降水模型，降水总是需要上升气流，把低层的饱和湿空气抬升，在抬升中降温（绝热）、而过饱和部分的水汽凝结成为雨水而落地。要维持24小时暴雨，就需要地面附近持续提供湿空气，提供上升运动。所以暴雨是依靠不断补充的湿空气维持的而不是靠把空中的水分挤干维持的（从来就没有一处的的天空因为降水而从有云变成晴天）。

l       于是，一个地方的暴雨强度应当是与补充给该处的湿空气相当的。于是通量=速度×密度的关系是可以用到暴雨上的。这里的通量就是暴雨强度，它一每平方米在单位时间形成的降水的质量，kg，表示，或者以单位时间的降水深度表示。而速度、密度分别指水汽的上升速度、水汽的密度。现在设法根据暴雨强度、水汽密度计算当时的上升速度

l       先说上升中的水汽密度。它是地面附近的饱和湿空气中的水汽密度。这个密度是温度的函数。我们注意到下暴雨时的空气温度最高也难以达到30°，这里给出对应温度区间的水汽密度（公斤/立方米）。它是湿度饱和时的密度，即该温度下最大的水汽密度

l       根据不同的暴雨强度，饱和水汽密度，利用通量=速度×密度的关系就可以计算出暴雨对应（要求）的上升速度（以维持这么强的暴雨）。其计算结果如下（单位：米/天）

（注降水量的“mm/天”单位与“公斤/平方米.天”在数值上是相等的）

这个表说明在地面温度是20、25、28、30时，出现50-250 mm/天的暴雨，它要求的上升气流在一天内需要上升这么多米。我们看到，出现250毫米/天的暴雨在地面温度是25°时需要水汽（或者说湿空气）一天上升10公里！这个数值已经十分强大了。

l      在前面的博客中http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-494455.html 我曾经计算出地面蒸发的水汽全球平均是以每天274米的速度上升。这些数据对比看来都是合理的。