空中的水分主要在哪个层里输送?

horizontal rule

张学文

2006.9.13公布

有人提出把喜马拉雅山挖个洞让印度洋的水汽进入中国西部,改善那里的降水。有人结合2006夏重庆大旱而责怪修了三峡水库,而有人反驳其认识说水汽主要在高空流动,而与修水库无关。

这类问题的准确认识与水汽究竟在那各高度上流动有关。确实,我们需要不同高度上空气输送量和水汽输送量的知识。

细一想,包着地球表层的空气和水汽都会随着空气的流动而移动。各个高度上的空气密度和流动速度不同,于是不同高度上的空气和水汽的输送量就是不同的。我们目前需要具体计算一下它们在各个高度层上的具体输送数量。

为此,我们选了个典型情况,并且做了初步计算。其结果应当是有代表意义的。

我取位于地球面积1/2位置附近的南京数据做分析(地球的南、北纬度30度包围了地球总面积的1/2,南京在30度附近)。而用的资料是10年的高空数据的平均值。我们选的时间是4月,它对年平均的空气、水汽密度值有代表性。

图1就是我们根据上面资料计算的结果,它提示:25公里以下的各层空气的输送量占了总输送量的绝大部分。而输送量最大的层次在10公里的高度附近。5-15公里的高度内输送的空气大约占了总量的60% 。

图1

以上的计算是在知道各个等压面的高度、温度、平均风速的基础上进行的。用压力、温度通过气体状态方程而得到空气密度,再用密度乘风速就得到对应位置(高度)的空气输送量。由于我们仅关心各个高度上的数量差别,而不过问具体数值,所以图里仅给出相对数量。

要计算水汽在各个高度上的输送量,还要以上数据的基础是补入各个高度的空气湿度资料,具体做法是把前面的空气密度再乘该高度的水汽比湿,就得到水汽的密度,再去成风速。于是我们得到了图2。

大家关心的水汽的输送特征与空气有很大的区别:它的输送集中在从地面到6公里的气层内,水汽的最大输送量的所在高度不是10公里,而是在1.5-2.0公里的高度附近。即水汽主要是在低层和中层大气大气中流动、输送。

中国气象局国家气候中心主任、世界气象组织气候委员会气候应用与服务工作组主席董文杰博士董文杰在2006年夏(9月4日)接受记者采访时说:“木桶效应”一说站不住脚。三峡大坝的高度不超过200米,而主要的水汽水平远距离输送在近地层以上几千米的高空,而不是靠几百米的狭窄的三峡峡谷通道来输送的。

认为他的“主要的水汽水平远距离输送在近地层以上几千米的高空”的说法欠妥当,应当说“主要的水汽水平远距离输送集中在距离近地面5千米以内,最大值在距地面1.5千米附近”。这些在图2上体现的很清楚,不需要多说。

另外我也认为““木桶效应”一说站不住脚”。

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通过对计算数据的分析我还看到4月是高空急流经过南京的时段,而在其他时间,南京上空的风速要小一些,于是其他季节的空气和水汽的主要输送层的高度要比4月更低一些。