大气的（准）静风态(6)—是雾霾等地面天气现象的摇篮?!

张学文，2013/5/5

我们在本讨论中淡化了空气的一般水平流动(气象站测量的风),但是关注了大气的下边界不是刚体的特点,于是空气可以进出下垫面(海面、土壤、积雪)就理所当然。在大气的（准）静风态(5)http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-686698.html 博客中，我们估量了大气的这个呼吸现象的速度，初步认为它应当是与大气降水现象所交换的水汽是相同数量级（是其2倍）的自然现象。即每年每平方厘米可能有200克的空气进出下垫面。这个数量固然比风速携带的空气数量小很多，但是因为它是发生在铅直方向。我们就需要特别分析。

我们曾经在水汽穿过大气的速度的初步估算http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-494455.html 博客中分析过近地面的水汽蒸发对应的水汽的进入大气层的速度，它大约是每天250米。现在可以利用相同的思路与计算途径，分析空气的吞吐速度。就此需要考虑三点：

1.     我们设空气的吞吐量是水汽的2倍，所以简单地把水汽的速度用于空气，则空气吞吐速度应当是每天500米的水平。

2.     注意到近地面附近空气的密度与水汽的密度是不同的，所以上面的考虑必须补充上对密度的修订。而一般情况是近地面的空气密度大约是水汽密度的100倍，所以按照http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-494455.html 的计算公式，要把每天500米的速度再除以100，于是我们得到的空气在近地面的吞吐速度大约是每天5米。

3.     每天5米进入下垫面，大约折合海平面附近的每天有0.6百帕的空气进出下垫面，这个数据与天气学的每天气压变化应当是差不多的，所以它是比较合理、可信的。

每天大气在下垫面附近的空气有大约5米的上下（进出下垫面）移动。这应当是全年的平均吞吐速度。而在有天气系统经过时（即大气压力升高或者降低时），这个速度会变得很小、改变方向或者要大上一个两个数量级（短时间内）。

试想在低气压控制某区域时，土壤中的空气就可以以每天20米的速度（比平均速度大4倍）钻上来。如果当地的土壤中存在合适的细颗粒物（农药等等），这些细颗粒物就会伴随着土壤中空气的上升而进入近地面的空中。这也许是目前所谓的霾的形成过程了。（它要求该地区是持续的低压）

即这个模型下，霾的物质来源不一定是城市当时的汽车的排放物，而是广大面积上的土壤中细颗粒物被抬举了出来。

这样我们就为认识目前的热点：雾霾天气提供了新的物理模型。

如果天气系统是一个气压特别低的龙卷风，那么它在平的陆地，而且土壤疏松，就形成大量的尘土飞上天，如果在水平面，那么它就把水卷入空中形成水龙卷。

如果天气系统是一个低压系统快速进入某沙漠地区，那么它会使沙漠中压力比较大的空气补充到低层大气中，于是就把沙粒、细沙粒卷入空中，形成漫天的飞沙。这就是风沙、浮尘天气的核心物理过程了。即这些天气现象的出现都伴随着下垫面（沙漠、松土、海水）中的空气快速进入大气的这种空气呼吸过程。

是的，认识准静止状态的大气，撇开空气的水平运动，去关注大气与下垫面的空气交换、呼吸过程，可能是我们认识一些天气现象（雾、霾、沙尘暴、浮尘…）的核心物理过程。而过去的气象学没有考虑这种物理过程。