解决两个6:1矛盾的钥匙--气象学里的”水汽悖论”之-5-

张学文，2015/5/4-11

我们已经揭露两种求大气含水量方法所获得的空中水汽数量是不同的,它们是6:1的关系，这是空中水知识的不自洽的一个表现（见本系列之2）。后来又分析水汽在铅直分析的变化，知道了两种计算水汽压力减少为原值的36.7%所需要的高度差，理论上轻的水汽，需要12.8公里，而新疆12个气象站的实际水汽压力减少为原量值是2公里的水平。这又是一个气象知识的不自洽。而12.8与2 的比值也接近6:1。于是我们觉得这两个6:1似乎向我们提示了什么。我们在追问究竟那个结果是准确的？以及它为什么是正确的?

面对这些看似矛盾的数据，我提出的最简单的修正方案是：只要我们修改一下空中水汽颗粒的“分子量”，前面揭露的关于空中的水汽的两个矛盾、不自洽的问题就都化解了。

难道水汽的分子量可以随意修改吗？这当然是化学知识体系不允许的。但是我们注意到物理化学界已经承认（揭露）物质的基本存在的最小单位，不仅经常是分子颗粒，它们也可以是几个（几十个、上百个）分子集合起来的所谓聚合体。这提示空中的水汽的最小颗粒如果不是分子量为18的单个的分子，而是由N个水分子组成的颗粒状态（称为聚合体）而存在，那么我们就可以认为空中水(聚合体)的摩尔质量为N乘以H₂0的分子量18(即6×18=108)的气体颗粒了。

这具体反映在在本系列的之4http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-887239.html 中公式(10)的m的值就从原来的18（水的分子量）变成108（水分子的6聚体(H₂0)₆的“分子量”）。

z-z₀=RT/mg  （10）

显然m值变大为108（变大6倍），那么特征高度z-z₀就缩小为原值的1/6。根据表2，原值是12.8公里，它除以6，就成为2公里多了。而表3观测的值大多在2公里多的水平附近。这样比空气重的空中水汽随高度而迅速减少的现象，就理论与实际一致了。

这种认识，在《空中水文学初探》一书（2010，气象出版社，张学文，周少祥合著）的第4章中作了细致的分析论证。在该书中，我们还指出承认空中水汽是分子量是108的团簇组成的，还使气象学中的空气比湿q与水汽压力e与空气压力p比值的关系发生了变化。过去的关系公式是

q=0.622e/p

而分子量变成108以后，这个公式就得改为

q=3.732e/p

即新公式的系数为原系数的6倍。它使得相同的e/p所对应的比湿成为原值的6倍。

注意到空中水的数量是比湿值q随大气压力的铅直积分（再除以g），所以按照新的比湿值利用探空测得的水汽压力、空气压力换算、计算出来的空中水数量自然为原值的6倍。这样两种计算空中水总数量所获得的结果不一致的矛盾也解决了。

总之，为化解空中是水汽知识的内在矛盾（两个6:1），我们发现化解矛盾的最简单的钥匙就是让空中的水汽由原来认定是H₂0粒子们组成，变成为空中水汽是由(H₂0)₆粒子们组成的！