水汽输送通量的概念:水汽输送通量是表示在单位时间内流经某一单位面积的水汽量。水汽通量有水平输送通量和垂直输送通量之分。通常说的水汽输送主要是指水平方向的水汽输送。
水汽通量有水平输送通量和垂直输送通量之分。通常说的水汽输送主要是指水平方向的水汽输送,其大小与空气密度,比湿有关。另外,在垂直方向上也有水汽交换。 大气中的水分随着气流从一个地区输送到另一个地区或由低空输送到高空的现象。
形成暴雨的必要条件之一,是要有足够多的水分。计算表明,单靠当地已有的水分,是不可能形成暴雨。因此,必须要有水汽源源不断地输入,才有利暴雨形成。在
作暴雨分析和预报时,一定要考虑水汽输送的问题。
水汽通量与水汽通量散度 通量形成暴雨的必要条件之一,是要有足够多的水分。这些水分是暴
雨区已有的 呢?还是靠外围流入的呢?计算表明,单靠当地已有的水分,是不可能形成暴雨 的(北京大学地球物理系气象教研室,1976)。因此,必须要有水汽源源不断地输 入暴雨区。这样,在作暴雨分析和预报时,一定要考虑水汽输送的问题。水汽通 量与水汽通量散度,就是为了定量描述水汽输送的方向、大小以及水汽在何处集 中,从而了解形成暴雨的水汽条件而引入的(文宝安,1980)。 由以上说明看出,水汽通量散度最初是为着了解暴雨的条件而引入的,这从 物理上也是容易理解的。 近年来, 国外很多气象学家(详见§8.3)将水汽通量散度作为强对流天气的触 发因子。
在介绍水汽通量散度之前,应当先介绍水汽通量。 水汽通量,又称水汽输送量,其含义是单位时间内流经与速度矢正交的某一 单位截面积的水汽质量。它表示了水汽输送的强度和方向。水汽通量有水平分量 与
铅直分量两种,下面分别进行介绍。 1. 水平水汽通量 (FH) 水平水汽通量推导式用图 一般说的水汽通量,多指水平水汽通量,它是单位时间内流经与气流方向垂 直的单位截面积的水汽质量。其方向与风向相同,其大小可从中看出。 若 ABCD 是一个与风向正交的平面,则单位时间内流经 ABCD 的水汽质量为 ρq V ?l?Z 。 ρ 为空气密度, q 为比湿, V 表示风速大小。 1 在天气分析预报中,铅直坐标常采用气压 p ,这样,单位时间内流经单位截面积的水汽质量即为: FH = V q g 其单位为 g ? cm ?1hPa ?1 s ?1 。 2. 水汽通量的计算程序编制思路 (8.1.1) 我们知道,比湿( q )是气压( p )和露点( Td )的函数。对于同一个等压面来说, 式 8.1.1 中的 V q g 应是风速( V )与露点的函数,故采用 V 与 Td 为参数,可以编 制出计算 FH 的程序。 铅直水汽通量( 3. 铅直水汽通量 Fz ) 一般来说,水汽向上输送,才能增厚湿层,产生凝结,成云致雨。因此,当 讨论暴雨过程的水汽收支问题时,往往需要计算铅直水汽通量。 铅直水汽通量,是指单位时间内流经单位水平面向上输送的水汽质量。它的 大小与铅直速度及比湿成正比,表达式为: Fz = ?ω q g (8.1.2) 式中 ω = dp dt ,表示铅直坐标为 p 时的铅直速度。当有上升运动时 ω0 。按照铅直水汽通量的含义,其单位是 g cm ?2 s 1 。
含义与表达式 从水汽通量的数值和方向,只能了解暴雨过程的水汽来源,以及这种水汽输 送和某些天气系统的关系。至于暴雨究竟出现在何处,雨量有多大等,则与水汽 通量散度的关系更为密切。从数学角度看,水汽通量与风速 V 都属于向量,且方 向相同。因此,水汽通量散度的表达式、计算方法等,完全可以仿照水平散度得 出。