对全球最大水分循环速度（最大降水、蒸发）的一种估算

张学文，2016/1/30 

Ø    水分循环现象是地球上非常壮观的自然现象。其明显的特征是降水，其不明显的特征是水分缓慢地蒸发。关于全球水分循环的规模或者说速度，我们不妨用全球的年平均降水量或者蒸发量来计量（降水应当等于蒸发）。

Ø    面对全球大气这个在太阳能影响下的热机（空气的流动、降水），我们从什么角度估量其水分循环的规模，或者说如何估量全球的平均年降水量？在博客：谁决定了地球上的水分循环的速度（降水量）？中http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-850312.html，我就此给出了两个影响因素：大气的环流的规模和太阳能的强度。但是哪里仅是定性分析。

Ø    现在我们给出一种从太阳能的强度来估量全球蒸发量最大值的思路和对应的计算结果。它自然也体现了理论的水分循环的理论最大值。

Ø    这个估算假设地球接受的太阳能全部用于下垫面的水分蒸发热。这里还假设全球水分蒸发时的温度是0度。于是物理学告诉我们每蒸发1千克的水（变成为水蒸气）需要2501000焦耳的能量。

Ø    另外气象学告诉我们，直对太阳方向，每平方米面积上获得的太阳能是1367焦耳/秒（所谓太阳常数）。在承认地球差不多是球体的认识下，全球各地平均获得的太阳能，根据球面几何学，就应当是这个值的1/4，即全球全年平均，每平方米下垫面获得的太阳能是341.75焦耳/秒.平方米。

Ø      把这个值乘以1年的秒数，就获得1平方米面积上全年获得的太阳能：10784809800焦耳/平方米.年

Ø    用蒸发热去除以上的值，我们得到4312，其单位应当是千克/年.平方米。即太阳能全部用于下垫面的水分蒸发，那么每年每平方米要蒸发掉4312千克的水分。

Ø    我们知道1毫米的降水量对应1平方米面积上获得1千克的水。所以蒸发4312千克的水也就是蒸发了4312毫米深的水。即平均太阳能一年可以嗮干4.3米深的游泳池。

Ø    这意味着在太阳能全部卷入水分蒸发之用时（没有太阳能用于引起气温变化方面），它可以使地球的下垫面每年蒸发去4.3米深的水层。

Ø    在全球平衡意义下，水分不仅是循环的而且应当是平衡的。即地球如果有这么多的蒸发量进入大气就应当有这么大的降水量落回下垫面。于是我们得知全球理论的每年平均降水量的极限值是4312毫米。

Ø    我们所知道的实际全球平均降水量是多少呢？这大约是1000毫米/年。它仅是理论极限降水量4312mm/a的1/4(多一点).

Ø    这样我们就找到一个理论思路去估算水分循环的最大强度。显然实际的太阳能不会全部用于水分蒸发，地球的蒸发现象实际仅消耗了1/4的太阳能。其他的太阳能大约有1/4被云反射到太空去了，另外1/2用于使地球维持目前的温度水平方面去了。

Ø    塔里木、吐鲁番盆地的蒸发能力（我不用蒸发量这个词！）与这里计算的理论最大蒸发量差不多。而地球上也有少数地区的年降水量大于4312毫米。看来我们估算的最大值比较合理。