为后续的百家争鸣做铺垫服务的“另类认识”之一：

水汽与大气之间可能有垂直向上的相对运动

1、液体分为水溶性液体和非水溶性液体。水溶性液体可以溶解于水，和水融为一体。将液体与水混合并且大力搅拌，静置以后不出现分层现象，就是水溶性液体，例如，酒精、丙酮等。非水溶性液体不溶于水，将液体与水混合并且大力搅拌，静置以后会出现分层现象，就是非水溶性液体，例如，汽油、煤油、柴油等。静置以后，密度比水大的液体下沉，密度比水小的液体上浮。

2、二氧化碳的分子量是44，标准状态的密度是1.977g/L（0℃，101.325kPa），比空气密度大，相对于空气的蒸气密度为1.53。因为干枯的深井里一些有机物发生氧化反应放出二氧化碳，而且二氧化碳密度大于空气，就一直沉积于井底，导致深井底部二氧化碳浓度较大。因此，人们在进入这些地方之前，要先进行灯火实验，原因是：检验二氧化碳的浓度，以免人下去后发生危险，若灯火熄灭或燃烧不旺，就说明二氧化碳的含量较大。另外，在屠狗洞（意大利的一个山洞）中，二氧化碳与大气之间有分层现象，详见https://baike.baidu.com/item/%E5%B1%A0%E7%8B%97%E6%B4%9E/10910945?fr=aladdin。

3、在气体中，氢气和氦气的密度都很小，导致氢气球能在大气中向上运动，氦气飞艇能在大气中飞行。请问：如果形状像烟囱那样的容器，垂直高度很大例如300米、400米、500米甚至更大一些，那么，在烟囱那样的容器中（要求与大气不连通，与外界彻底隔离），氢气和氦气有类似液体那样的分层现象吗（即上层的氢气和氦气浓度大一些，下层的氢气和氦气浓度小一些）？

4、水汽和空气的平均分子量分别为18和29，水汽的密度约相当于同温同压下干空气的0.622倍，即水汽密度永远小于干空气的密度。请问：在烟囱那样的容器中（要求与大气不连通，与外界彻底隔离，并且容器内部没有蒸发和凝结等相变现象），水汽有类似液体那样的分层现象吗（即上层的水汽浓度大一些，下层的水汽浓度小一些）？

5、在大自然中，对整个地球来说，每时每刻每分每秒下垫面都在蒸发水分、产生水汽，而每时每刻每分每秒高空的水汽又在进行成云致雨的相变，因此，空中水汽处于动态平衡之中。请问：在烟囱那样的容器中（要求与大气不连通，与外界彻底隔离，并且容器内部没有蒸发和凝结等相变现象），水汽的垂直分布与大自然中水汽的垂直分布相同吗？

如果以上第3点、第4点确实存在一定的分层现象，第5点中水汽垂直分布与大自然中水汽的垂直分布确实不同，那说明：空中水汽确实存在相对于大气的垂直向上的相对运动。

大气压力垂直分布是扩散现象和地球引力综合作用的结果。可能有以下四股力量促使或者阻止水汽做相对于大气的上升运动：一是水汽与大气之间的密度差促使水汽上升，这股力量类似于浮力，这是以上讨论的内容。二是低层大气与高层大气之间的水汽浓度差、水汽压力差促使水汽上升。“扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象，速率与物质的浓度梯度成正比”，物质的浓度梯度就是绝对湿度的梯度，而绝对湿度的梯度与水汽压的梯度近似成正比；另外，温度越大扩散速率越大，反之亦然，所以，水汽压垂向梯度的绝对值和温度越大，向上扩散的速率越大；水汽压垂向梯度的绝对值和温度越小，向上扩散的速率越小。三是对流层低层大气与高层大气之间的温度差促使水汽上升，这是张学文研究员关于“水往低处流，汽往冷处聚”的认识，“水往低处流”的原因是地球引力，“汽往冷处聚”的原因是什么？是不是水汽的浓度梯度？以上第二股与第三股力量是不是一回事？有待研究。四是地球引力阻止水汽做相对于大气的上升运动，这股力量与前三股力量的作用方向相反。在前三股促使水汽上升的力量中，哪一个是主？哪一个是次？值得研究。

这篇文章以前曾在科学网上发布过，这次对文章的标题、文章的定性定位（即铺垫服务、另类认识）等做了少量修改。在以前的博客上，有一些专家的评论和讨论，欢迎审阅和参考，网址是https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1458267&do=blog&id=1353490。

（2024-06）第5章《西北降水量显著增加的原因探索》的汇总.doc

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