空中水汽的两种基本运动方式

张学文，2011/12/2

空气中主要是氮气和氧气,水汽占的比例很小。这里说的空中水汽自然仅是指（不包括云、雨滴…）混合到空气中的气体状态的水汽(它可能是1单个的水分子,也可能是数个水分子的聚合体)。水汽在空中究竟是如何运动的？它们都随着空气东奔西跑？它们在空气中独来独往？

空中水汽存在两种运动方式。

方式1：随空气东奔西跑。这是说空气运行到那里，水汽变动地跟着到了那里。于是空气的运动速度就是水汽的运动速度，目前很多文章都在分析水汽的输送量，其基础计算公式就是基于这种认识。正是依赖这种认识，人们计算出流入我国的水汽每年有18万亿吨，并且知道它们的运动方向。在这种水汽运行模型下，水汽与空气质量的比值（称为比湿）是不变化的。而比值（比湿）不变，自然不能形成降水。

方式2：穿越空气的运动。这是说无论空气是否运动水汽都存在相对于空气的运动。例如近地面层从地面蒸发而进入贴近地面空中的水汽，那里的水分比上面多，于是就会扩散到比较高的地方。这种扩散与比湿的空间梯度有关的。这些气象学中一般都有说明。

但是导致水汽做相对于空气的运动的原因不只这一个，在《空中水文学初探》等文献中把一个统计力学中关于混合气体的公式引了进来，这扩大了我们的视野。哪里提出，这种水汽穿越空气的运动，除了比湿的梯度项以外，还包括大气压力的梯度、温度梯度等因素。

公式指出气压梯度大，则水汽就存在相对于空气的运动。其方向指向低压方向。这与我们看到高压区水汽比较少，低压（气旋）区水汽比较多的现象是一致的。在铅直方向上它推动水汽向上移动。

公式指出水汽还会因为温度梯度的存在而移动。它就是物理学早就发现的所谓热扩散现象（长期被气象学忽视）。其方向（我的一种分析）是指向高温。即水汽向热空气存在的方向移动。台风眼外围的降水量大与那里的温度梯度、压力梯度都很大有关。而到了台风眼处，那里反而没有压力梯度和温度梯度（指水平方向）。所以台风眼处没有水汽的汇集，也没有降水。

公式中还包括单位质量空气与水汽受到的力的差引起的相对运动。但是它们受到的一般的几种力（如引力…）是相同的。但是水汽分子如果带了电，并且电场强，水汽就会由于电力而运动。这是否是雷雨时的情况？值得深入分析。