降水现象笼罩面积的理论分析思路

张学文，2022 10 29

气象学里有降水区面积应当是多大的理论吗？

我的印象是没有！

下面是我最近想到的一个关于降水面积的理性分析思路，很粗。下面说一说，欢迎质疑、讨论、批评…

最近我发的一个博客https://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1360857.html  对比了从空中向下行的降水过程与其逆过程：下垫面水分的蒸发过程。而蒸发是水分（水汽）向上行的过程。这两个过程恰好相反，而且共同构成了地球表层中的水分循环。

是的，水分循环是地球表层的伟大自然过程。没有它，可以说就没有森林，农田，以致陆地生物（自然也包括人类）。

从总体上分析，则还要求（在全球范围）水分向上的蒸发总量必然与降水总量基本相等。否则，空气的水汽就太多，或者水汽消失了。--人们不是认定应当水分平衡吗，（蒸发量=降水量）就是全球的水分平衡！

现在我们在全球降水与全球蒸发应当保持基本平衡的认识下，分析分析降水现象与蒸发现象占有的面积之间应当有什么关系。这也许是理解降水应当占有多少面积问题的一个认识思路。

我们知道下垫面的水分蒸发主要依靠太阳能。太阳照到地面与海洋使得其温度高于附近的气温。于是下垫面的水分就蒸发进入空气中。所以我们可以粗略的推断大气中的蒸发现象仅出现在地球上有太阳的面积上，即蒸发现象大致出现地球总面积的50%的面积上（任何时刻）。

现在我们再来分析降水现象占有地球的相对面积问题。既然降水量应当与蒸发量相等。而蒸发出现在50%的地球面积上，那么降水似乎也应当出现在半个地球的面积上！？这个认识显然太粗了，蒸发的水分的密度是水汽的密度而降水的密度应当是液体水的密度。

考虑到液体水大致是水汽密度的1000倍，所以降水现象的出现面积应当是蒸发面积的千分之一！或者说降水现象总是应当占有地球表面积的千分之0.5.

如此分析降水现象占有的面积就很小很小了，这与我们的感受不一致！气象台给的雨量图上雨区的面积还是比较大的。

确实，以上的计算考虑了水汽与液体水的密度这个重要环节是应当的。但是得出的降水现象的笼罩面积结论又过分的小，与事实不符！例如我在博客中分析，中国秋季的1小时（60分钟）降水现象占有的面积（平均值）大致是3% https://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1357192.html  。据此，我们不妨认为任何瞬时地球上出现降水现象的面积大致是地球总面积的0.3%的水平。（瞬时的降水笼罩面积显然比1小时下过了雨的面积小）

这个0.3%与前面获得的降水笼罩面积应当是千分之0.5要大一些（乘以6）。对此如何认识，理解？

我的理解是降水（或者雪）并不是连续的雨柱落地，而是离散的雨滴在降落。雨滴打在我们身上的是离散的雨点，它不是柱，不是全部天空都有水落满地。雨滴（雪花）是离散地，稀疏地落到地面上的。

这样我们就认可了（解释了）地球上降水的面积不是蒸发面积的千分之0.5，任何瞬时的降水现象笼罩面积大致占地球总面积的0.3%（认可平均地说1小时内出现过降水现象占地球相对面积是3%）。

我们以中国秋季的1小时平均降水笼罩的相对面积为参考做的这个分析显然是粗略的。但是它应当是基本合理的。此分析仅供参考。降水笼罩面积的理论分析应当说水分循环模型中的一个环节。这个博客仅算提供思路（液体水与水汽的密度比值是本分析的重要对比思路），欢迎大家评论，也期待大家提供更好的分析思路。

我们需要细化（量化）地球上的水分循环模型。让它可以说明水分循环的方方面面。