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冬季突发严重雾霾与空气温控含水能力

已有 1970 次阅读 2016-11-13 14:41 |系统分类:科研笔记

冬季突发严重雾霾与空气温控含水能力

岳中琦

过去几年来,我国东部在冬季,时常突然发生严重雾霾天气。它们明显比夏季多。这使得我想起了以下的经历。它或许可以给调查、研究突发严重雾霾提供线索。

2007年3月26日,在成都一位朋友的带领下,我们乘车,再乘登山缆车,直达了峨眉山的金顶。从乘登山缆车的山腰到金顶,空气中一直雾很多,能见度很低。


但是,在到达金顶平台过了几分钟之后,就立即见到,大雾逐渐快速退开,能见度不断大,见到清晰四周景色也不断增远、增广。

大概在10到20分钟之内,整个天空就雾开云霄(下图)。金顶之上,真可谓万里无云!

在快速参观金顶四周的景色后,又立即见到,大雾极快速地涌来,能见度快速降低,见到清晰四周景色也不断减近、减少。四周空气又恢复了浓雾的状态。

我们深深感到自己的好运气:天空大雾能够突然退离、晴朗天空能够顿然透开一小段时间窗口!这让我们好好地、安全地、高兴地走遍了金顶公园、观赏了峨眉山的壮丽山景。因此,缺乏气象常识的我,就立即在金顶寺庙请了一炷大香。在又聚集的弥漫大雾中,在金顶点燃了这柱香,感谢佛光普照!

2008年5月12日中午2点28份,汶川发生了大地震。地震瞬时和之后,天空大气就发生了巨大的变化。地震瞬时和之后,300公里长、20公里宽、10多公里高的天空瞬间变得天昏地暗、粉尘飞扬弥漫。原来晴朗的天空立即变灰变暗,乌云密布,大气温度瞬间降低。过了3个小时后,地震灾区普遍降大雨,大雨连续下降了两天。

我不禁要再问,在没有大风时候,天气云雾为什么有这样大范围的快速变化呢?

后来,我学习了相关大气专业的基础教科书。找到了一个可能答案。它就是空气中的含水量是受到空气温度控制的。

如同土体中的含水量,空气也有含水气量。空气含水气质量的能力是受它的温度控制的。温度高,空气含水气量就增高。在同一温度条件下,空气含水气量的能力是有限度的。这就有了它最大或饱和含水气量了。当空气中含水气质量大于这个饱和含水气量时,多余的水气就会立即转变为液态水、云、或雾。气态水是透明无色的,液态水就有颜色和折光了。

下图表示了,每一公斤干空气质量,在温度从摄氏零下40度增高到零上40度区间内,饱和含水气量的单调非线性增大曲线。在摄氏零下40度时,这个饱和含水气量为0.1克;在摄氏零上40度时,它为47克。

在标准状况(一个大气压强,温度摄氏25度时),空气密度为1.184公斤每立方米体积。因此,一公斤空气质量相当于1个立方米空气体积。在温度摄氏25度时,每一公斤空气饱和含水气量是20克,对应的1立方米空气的饱和水气量是23.68克。这种空气的温控含水气能力,使得我们在低温环境能够见到,从口中呼出的气体所行成的白色水雾。

因此,利用这个受温度控制的空气含水气量的物理性质,就可以很好地解释了,我在蛾眉山金顶所遇到的气象变化现象了。大雾天气会极快速转变为晴朗天气,可能是太阳光的普照增大,大范围和大面积地增大了大雾空气的温度,使得空气吸收和储存水气能力提高。从而,空气将大雾中的液态水吸收、转化为了空气中的气态水。从而,大范围大面积大雾天空迅速转变为晴朗天空。

相反,在过了一会儿后,太阳光普照可能变弱,大范围和大面积地降低了大雾空气的温度,使得空气吸收和储存水气能力降低。从而,空气将其中的气态水释放、转化为了空气中的液态水。从而,大范围大面积晴朗天空迅速转变为大雾天空。

第二,地震时候,天气的变化也可能是这样的一个过程。地震动,将地下或地面相对高温的空气等气体和粉尘带入到相对低温的高空大气中。在温度相对高的地表时,这些空气等气体,因为它们较高的饱和含水气能力,所含水气量较大。但是,它们升入高空后,因四周大气温度极低,它们被降温。从而,快速失去了原来的较高的饱和含水气能力。它们原来所含水气就会被释放出来,成为液态水(云和雾)。这些液态水积少成多,再汇聚后,成为冰雪、雨水,降落到地面。

第三,我不知道,空气这个物理性质,能不能用于部分地解释,我国目前冬季雾霾天气严重和发生频繁的现象呢?冬季雾霾天气明显比夏季多。或许,至少,它能很好地解释冬季大雾天气比夏季多的现象。另外,随着温度的降低,空气密度也是单调增加的。较为致密的空气能够含有其它物质的能力或许也就降低了。这样,空气中的霾也就可能跟着出现了。

这个故事也可能表明了,隔行如隔水,渡水书作舟!

2016年11月13日13:00写成于香港大学黄克競楼办公室

原名为“空气的温控饱和含水气能力与云雾作用”

20175242021改于港大602办公室





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