大气存在着呼吸过程！

张学文 2025 06 15

最近（初夏）我国一些地区又出现了沙尘暴。人们问比空气重了上千倍的沙粒为什么从地面升入空气中？

这显然是地球下垫面土壤（沙漠...）中的沙粒承受的向上的压力过分地大于向下的大气压力的结果。于是下垫面土壤中含有的空气携带着土壤细颗粒，沙粒一起进入了大气底层。形成所谓的沙尘暴。沙尘暴的出现说近地面大气与下垫面中的空气出现了明显的交换现象。

而我们的气象学仅承认下垫面的水分通过蒸发可以进入大气层，而无视空气与下垫面土壤中的气体的交换现象。

在我分析，沙尘暴现象就是地球下垫面土层中的气体迅速进入大气层的自然现象。是的地球表层不仅存在着水汽蒸发进入大气层的自然过程，也存在下垫面土壤中的气体进入大气层的现象，沙尘暴现象使得这种过程几乎可视化了。

下面附上我过去发的一个有关的稿子

【科普漫谈】大气也在呼吸

来源：中国气象报社 发布时间：2014年06月15日

张学文

   经典气象学把空气的下垫面看作是刚体，认为空气不可能进入下垫面（刚体），也没有从下垫面进入大气的气流。在这种模型下，垂直于地面的风速等于零。但是，上述观点仅是一种近似。实际的大气下垫面（海洋水面、土壤、沙漠、积雪等）并不是刚体，垂直于地面的气流肯定存在，而吹雪、沙尘、水龙卷都是它的伴生现象。也就是说，大气存在着呼吸过程。

　　让我们先来看一看，农民为什么要耕地？从气象角度来看，耕地就是使土壤变松，让空气进入到土壤中。卖鱼的商人为什么要在盆中通一个输送空气的管子？这是要为水里加进空气以维持鱼的生命。鱼如果得不到新鲜的空气就会憋死，农作物也需要从土壤里获得空气。这些例子说明空气是可以进入到土壤或者海水这些下垫面的。

　　我们打开一瓶啤酒，会看到大量的气泡随着啤酒一起冒出来。这气泡是制造啤酒时压入的二氧化碳。而打开啤酒瓶时，压力的突然降低，使得大量的气体从液体的啤酒中进入到空气中。此外，我们再想想，沙尘暴中那些本来安居于下垫面中的尘土为什么会进入空气中？很明显，是有垂直于下垫面的气流把这些细颗粒物带入到了空气中。仔细想想这些现象，我们应该承认空气是可以进入下垫面（海洋、土壤、积雪等）的，而下垫面有时也会把它含有的气体再吐还给大气。也就是说，大气确实存在着呼吸过程。

　　那么空气在什么情况下会挤入下垫面，又是在什么条件下吸收下垫面的气体？我们首先需要考虑下垫面表层附近的气压差。如果空气中的气压大于下垫面中的气体压力，则空气被压入下垫面；如果下垫面中的气体压力大于空气压力，则下垫面中的气体就会向大气释放。夏日中午的汽车行驶在土路上会卷起数米高的尘土，是因为汽车轮子压过地面以后会留下短暂的真空，中午土壤的温度很高使得其中的气体压力变大。于是，土壤中的空气压力突然（短暂）高于空气中的压力而形成了尘土飞扬的局面。所以，我们需要分析下垫面中的气体压力以及它与近地面空气压力的差值。

　　气象学中的吹雪、沙尘暴、水龙卷、浮尘等自然现象，也可以从空气的呼吸过程联系起来认识。在下垫面附近的风存在着阵性，这种阵性反应在空气压力上有短暂的变化（流体的伯努利方程），地面上积雪中的空气不会立刻适应它，于是就出现风吹雪的现象。下午的土壤很热，根据气体的状态方程，在体积不变时温度的升高引起土壤中气体压力增加。一旦空气压力小于土壤中的气体压力，土壤中的空气就迅速进入大气，而土壤中的细颗粒也随之升天，这就是沙尘暴。以此类推，我们不难想像：当一个气压很低的龙卷风进入水面时，它会把水里的空气吸入，也会附带着把水变成水滴吸入空气而成为水龙卷。

　　承认空气与下垫面之间的空气吞吐，还使我们对霾的认识有了新的视角。霾仅是由于人工排放的气体污染物形成的吗？下垫面既然把沙尘送入空中，为什么不能把尘埃、PM2.5这些更细的颗粒物送入空中呢？因此，我认为，研究PM2.5的问题，需要分析土壤中的气体压力以及它与地面大气压力的差值。

　　气象部门过去开展了对大气的压力、温度、湿度以及土壤的温度、湿度观测。现在来看，我认为，气象部门应当再进一步开展土壤的气体观测，即要建立土壤中（距离地面4米至10米）气体压力的测量仪器、测量方法的研究以及布局土壤气体压力的观测网。

（来源：《中国气象报》2014年6月12日三版 责任编辑：唐淼） 

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