对降水的水汽来源的一些分析（1.1）

张学文，2015-7-18-20  

降水的水分来自那里的蒸发？这是气象学中难以研究的问题。而它对理解降水成因，改造气候都很重要。

檀成龙关注新疆的气候改造，对降水的水汽来源问题十分关注。他希望我就降水的水汽来源谈谈。我对这个问题思考不少，但明确判断不足。

本系列从几个角度分析它，，努力逼近真相。欢迎各位评论。

下面先谈一种基于全球平均情况的分析思路，其他的思路以后再讨论

1.         诗人可以问天为什么下雨，但知道了物质不灭，就认定降水当然来自空中的水汽凝结。而空中的水汽来自下垫面（地面、雪面、水面）的水分蒸发（包括植物的蒸腾）而进入空气中。

2.         下垫面的水分不断地蒸发进入空中，空中又不断地有雨雪落地，这就是地球上的水分循环的基本部分。水分循环是大自然免费提炼淡水的伟大过程。水分循环是大自然免费提炼淡水的伟大过程。人们自然可以再问：降落的雨雪是那里蒸发的水分，从蒸发到降落大约经历了多长的时间、距离等等问题。本稿就是对此类问题的讨论分析。

3.         一般认为全球空中大气的平均含水量是2.5厘米厚，而每年平均有1米深的降水落地（全球多年平均降水量1000毫米），那就意味着空中水汽每年补充40次，或者说平均要9天多更新一次。

4.         水汽进入空中就会流动（依靠空气和自身的特点）。所以每个地点的降水在理论上可以来自地球的任何一个地点蒸发的水分。

5.         如果我们假定水汽在空中平均以每天86.4公里的速度移动（对应每秒1米）那么空中水9天更新一次也就意味着平均而言任何地点的降水大约来自777公里（86.4*9）以内的蒸发的水汽。

6.         考虑到水汽的移动不可能在9天内总是奔着一个方向运动，我们为它打个7折处理，而这意味着降水大约来自544.32公里以内的蒸发水分。更远地方的蒸发的水分在9天内是难以到达当地的。

7.         水汽的每秒1米仅是初步假定，我们需要估算全球水汽的平均移动速度。注意到全球空气的平均移动速度大约是8米/秒，而空中水汽因为重心低，其在空中的平均移动速度（遗憾，我没有计算过）肯定比空气小很多。我初步推断它大约在3-4米/秒的水平。所以即便水汽以4米/秒的速度移动，当地降水最远的来源地也在2177公里以内。

8.         以上的分析是基于水汽在空中平均寿命是9天的设定而获得的认识。但是我个人曾经提出一种看法认为空中水的含量是目前认可值的6倍（150毫米厚）。这在水分循环中意味着什么？它意味着空中水在空中的滞留时间要拉长6倍，即空中水平均要在空中停留54天（6*9）。在这个认识下，降水就可能来自更远的地方！而对应的水汽来源距离计算我们汇集为下面的表中

表中的9天、54天分别对应不同的空中水数量认定下的平均一次水分循环的周期长度

9.         从以上的表中可以看到，在认定空中水是平均9天循环一次时，假设空中水平均移动速度是3.5米就对应1905公里以内的蒸发会对当地降水有贡献。如果认定空中水平均滞留54天，就对应11430公里（极地到赤道的距离）内的蒸发对降水有贡献。

10.     以上是估算降水的水汽来源的一种思路。我们不急于说具体的水汽原地有多远，我们看到这个水分循环概化模型与水汽在空中的滞留时间有关，与水汽的平均移动速度有关，自然还与年平均降水量有关，即把问题的答案与我们观测和推算的变量联系起来了。请注意这种分析思路。其次才是具体水分原地的具体估算。