物理，气象学者，3：水汽在上升中降温比空气的降温要慢，对吗？

张学文 2020 05 31

前面讨论了空中的水汽因为比空气轻（是理想气体，而且分子量比空气小），所以它在空中的处境类似氢气球在空中：它会自己上升！

现在分析水汽在上升过程中的温度变化情况。如果它在上升运动中温度下降的比空气快，那么水汽会因此逐步变得比空气重，而停止上升。反之则上升的后劲会加大，对吧。

在气象学理论中已经有了关于空气在绝热上升中的温度变化计算思路。要点是空气绝热变化时，满足PV=RT的理想气体的状态方程以及静力学关系，有

-(dT/dz)=(g/c_p)=Γ_d=-1℃/100m

这里的T,Z表示气温和高度，g, c_p,是地球的重力加速度和空气的定压比热。Γ_d是气象学中表示气温下降速度的物理量，其计算出来的值是1℃/100m，即每上升100米气温下降1度。（应当是0.98，这里粗计为1）

现在我们把这个公式用到水汽上，这意味着水汽自己的铅直分布满足自己的静力学关系。则只要把空气的定压比热改为水汽的定压比热就可以借用来计算水汽了。

用于干空气C_p=1.005J/g.k°，而水汽C_p=1.846J/g.k°。于是得到

Γ_d =-0.54°C/100米

即纯水汽团绝热上升100米降温只有0.54°C，它比空气上升时的降温（1°C/100米）要慢。

我们知道在对流层，大气的气温一般随高度减少的速度一般是0.6°/100米，这也比水汽的降温快。

这说明了什么？这说明无论与空气的绝热上升比，或者与周围空气的降温比，水汽在上升中的降温都是慢于它们的。即水汽不会因为上升过程的降温而变得比周围空气重—而停止上升。或者说水汽的上升过程不会逐步自己减弱。

我这么分析水汽在上升过程中的温度变化对上升运动的一些对吗？我自己感动勉强说得过去。欢迎各位多提出不对的地方，以完善认识。