湿饱和大气的含水量表

horizontal rule

张学文

2006年10月说明:本文发表在2000年8月的原个人网站上,现在移到这里


在发生比较强的降水时,大气温度垂直分布经常符合湿绝热分布并且温度与露点的差为零,即空气处于饱和状态。对于这种大气状态下的空气中含有的气体状态的水分总量(也被称为大气持水、大气可降水量)可以根据热力学理论或者对应的图表去计算。

大气处于湿绝热分布本身也意味着只要知道了例如1000hPa 处(海平面附近)的温度,也就知道了任何一个高度上的水分含量。利用它可以进而计算出对流层(从海平面的1000hPa 到对流层顶附近的200hPa )的总含水量。于是知道了1000hPa处的温度也就知道了对流层的含水量(水气含量)。即对流层饱和(湿绝热)大气的总含水量仅是地面(是实际是1000hPa)温度的函数。

如果地面的气压与1000hPa差不多,这意味着知道了地面温度就知道了对流层中有多少水分。它等于大气的饱和持水量,它们的具体数值关系列于下表:

温度 ℃ 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
水汽 mm 121 111 103 95 87 80 74 67 62 57
温度 ℃ 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
水汽 mm 52 48 44 40 36 33 30 28 25 23
温度 ℃ 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
水汽 mm 21 19 18 16 15 13 12 11 10 9
温度 ℃ 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9
水汽 mm 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3
温度 ℃ -10 -11 -12 -13            
水汽 mm 3 3 2 2            

表中的温度的单位是摄氏制。水分用 mm 表示,即把水汽全部凝结成水的厚度。如10度时水汽含量为21,就是对流层的水分全部凝结有21mm 厚(2.1cm)。

这个温度与含水量的关系也可以用图或者公式表示。下面是图

wpeE.jpg (9558 bytes)

它对应的公式是

V=8.9exp(t /11.43564)

公式中的V 就是对流层的水分含量(也以 mm 计),t 是1000 hPa(海平面处)的温度(摄氏)。 这个公式显示含水量是地面温度的指数函数。它与上面的数值的偏差在1mm 之内。

如果研究的地方的海拔比较高,气柱含的水汽就比这个表给的值小。

我们也可以把这里的含水量看成是大气可能含有的最大的含水量。实际大气仅在下很大的雨的时刻,接近这个含水量。在其他时刻一般没有这么多水分。

本表数据来自20世纪70年代印的《最大可能降水》(詹道江译自美国编的一个手册,其数值与张学文前期在一篇论文中的计算偏差很小)一书。公式的拟合是杨舵与张学文借助 Origin5 软件帮助下完成的。

2000,08