大气的（准）静风态(4)—大气的下边界不是刚体！

张学文,2013/5/2

气象学认为大气的下边界包括海洋与陆地的固体或者液体的界面。并且认为大气仅在这个界面以上活动。而穿越这个界面的现象是不存在或者说穿越界面的速度=0。

但是笔者质疑这个基本认识。笔者认为大气下边界不是一种不透气的刚体，而是允许空气出入的、透气的酥松的界面。具体地说，就是空气存在着穿越海水、土壤、积雪的过程。这种过程我先前把它称为空气的呼吸过程，或者大气的循环过程。http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-680117.html。

装在瓶子里的水是不能透过玻璃渗透到瓶子外边的，空气也是如此。但是地球的下垫面不是玻璃做的，也不是大理石的。无论是水面、雪面、土壤、沙漠，它们都是存在空隙，而这些空隙中也是存在着空气的。这些存在于水里、积雪、土里、沙漠的空气虽然对构成物质的质量（密度）方面的贡献不大，但是它所形成的压力应当与当地的大气压力保持大体上的平衡。即它们会以压力体现自己的存在。

我们看到过打开啤酒瓶时气体从瓶子里向外冒的生动现象。我们自然可以设想，一旦下垫面上方的大气压力突然变小，土壤中的空气就大量的冒出了补充空中的大气压力的空白。这时，土壤中的空气就进入了空中。

所以我们应当把大气下边界的空气看到是与下垫面中的空气保持着一种动态的平衡。即不时地有一些空气交换。

为什么会有交换？

我们知道大气压力存在日变化。一天中即便没有明显的大气流动，其当地的大气压力也会有大约3个百帕的变化。另一方面土壤中温度有很大的日变化（可以达到30度），体积不大的土壤中的空气温度变化必然引起土壤中的空气压力的日变化。这些不同原因的日变化各有不同的形成背景，它们难道一致，就形成了近地面的空气与土壤中的空气的压力的不平衡，这种界面附近的铅直方向的空气压力不平衡就导致了空气穿越下边界的交换、吞吐或者说运动。

一个冷高压移动到当地，会使当地的大气压力升高10百帕或者更多，于是大气中的空气就有一部分压进了当地的土壤中，反之当低气压移入当地时，土壤中的空气压力比大气下边界高，于是土壤中的空气补给土壤界面以上的空中。这样我们就容易认识到天气系统移到当地时，也会形成大气中的空气与土壤等下垫面中的空中的吞吐、呼吸过程。地球的下垫面对于空气并不是刚体。

不把大气下边界看作是刚体，于是我们就打开了空气与下边界土壤、海水、积雪、沙漠中的空气的交换过程这种理论大门。而它也会成为认识一些地面天气现象的理论模型。

本段侧重基本物理模型的定性分析，现在就写到此，此后我们设法估量这种空气呼吸过程的速度、规模以致附带效应等等。