关于风产生机理的疑问

 

2007年8月18日，美国宇航局NASA公布了从奋进号航天飞机上拍摄的飓风“迪安”的图片(图1)。以前我也看到过类似的照片，当时的感觉是人类太伟大了，能从太空拍摄我们在地面无法看到的壮丽画面。

但有意思的是，图片标题虽然指称这是飓风，但是我们知道“风”是肉眼看不见的，而在这幅图片上我们所看见的分明是大量的凝聚态的水(云滴、雾滴或冰晶)，何以称之为“风”？

2007年11月14日，在美国佛罗里达州迪费尔德海滩(Deerfield Beach)同时出现两个水龙卷风，这一罕见的景象持续30多分钟，如图2所示。从图中我们也不难看出，说是龙卷风，分明也是水汽的作用。

我们要问这是不是水蒸汽在高空凝结，体积急剧缩小而对大气作功的结果？如果不是水蒸汽在高空凝结容积急剧缩小而对大气做功形成很大的负压，龙卷风怎么能够将地面的物体(水)提升高空？

众所周知，飓风等有巨大的能量，而它们的中心有大量凝聚态的水存在。我们不禁要问是“风带水”，还是水蒸汽凝结产生的风？为什么只在大气对流层出现这样的奇观？水蒸汽在期间的作用几何？

        我们知道，占主导地位的气象理论认为热生风。尽管热可以使气体密度发生变化，密度差会导致气体的流动，但其热力学机理是在密度差下的分子扩散，会形成一定的动能，但能有这么大吗？这里谨表示怀疑。

有文献[曹鸿兴，“大气热力学的若干新发展”，《应用气象学报》，Vol.16, No.4, 2005: 554-560]总结认为飓风和龙卷风是耗散结构，其观点显然是正确的。但这里认为，正是由于地气系统这样一个时空有序结构的存在，才为其生成创造了条件。

事实上，如果忽略某些不确定因素，地气系统是一个高度有序的耗散结构，可以视为一个热机。它以太阳能为能源，以地气系统为高温热源，以宇宙空间为低温热源，以水蒸汽为工质，通过热辐射将水蒸汽的潜热释放到宇宙空间，水蒸汽凝结的容积缩小从而完成对大气的作功过程(即以风能为输出产品)，实现“热能动力循环”。

宇宙空间这一低温热源是地气系统这一耗散结构出现负熵流的关键。

 

图1  飓风迪安图片(美国宇航局NASA)

图2  美国佛罗里达州海岸出现“双龙吸水”

 

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