有关空中水汽的理想实验、问题、征答

张学文,2014/5/7

设想有一个朔料管子，它是绝热的，长1公里.最初我们把管子平放在水平面上。我们讨论下面的理想实验：

1.      实验一：在常温下，把管子内装入一些干空气以后封闭它。再把管子在地球引力场中竖立起来,问位于不同高度处的大气压力随高度的变化规律是什么。

2.      实验二：把以上实验的干空气改为仅装入水汽，那么管子竖起来以后，管子内的水汽压力的铅直变化规律是什么。

3.      内装空气与水汽的混合物,问空气/水汽的压力分布各是什么。

问题初步讨论：

1.      实验一基本是气象学几乎早已经回答的问题，它联系这所谓静力学方程，一般认为压力随高度是负指数递减的（压高公式）。20世纪测量高度就依赖这个关系—从压力换算出高度。

2.      实验二是理想性的问题，它应当与实验一有相同的结果，仅需要对有关公式里的分子量从空气的29改为水汽的18就可以。可这样水汽随高度的减少就比空气慢很多!

3.      实验三是与实际大气类似的条件。可它的理想结果与实际大气的平均情况一致吗？水汽为什么比空气更集中在低层？