物体的流动力在气象上的应用

周 强

（上海启牧有限公司北京公司研发部，北京 101104）

物体的流动力在气象上的应用

周 强

（上海启牧有限公司北京公司研发部，北京 101104）

通过独创的大气流动力和水汽饱和质量的概念，对流动力的研究，理解物体为什么能漂浮在空中，水汽为什么会被冷空气或热空气所阻断，阐述台风和龙卷风形成的原因以及没有森林所导致的各种台风、暴雨、泥石流以及干旱、沙尘暴等自然灾害的原因，并对饱和质量的研究提出大气降雨的条件。

流动力；流动力差；饱和质量；台风；森林

1 基本概念

1.1 流动力

在一个开放的环境里，任何物体都会有流动的趋势，从高温流向低温，从高浓度流向低浓度，从高压到低压，那么这个流动趋势就存在一个流动的力，把这个流动的力称为流动力，用字母F表示：

F=k Tρg/P（注：此公式为原创，未经作者同意不得引用）（1）

式中：k——修正系数，物理量纲为L^2*T^(-2)*M*N^(-1)*Θ^(-1)；

g——星球对物体的重力加速度，物理量纲为L*T^(-2)；

T——此流动物质温度，物理量纲为Θ；

ρ——流动物质的浓度，物理量纲为N*M*L^(-3)。

P——流动物质所受的压强，物理量纲为M*T^(-2)*L^(-1)

当然，如果把浓度ρ换算成密度ρ，则ρ可以写成nρ，那么公式可以写成：

这里n为此物质的量（分子的数量或摩尔数），物理量刚为N。ρ为此物质的在空间密度，物理量刚为M*L^(-3)。

1.2 流动力差

在一个开放的环境里，一个物体从A地流向B地或从B地流向A地时，必然存在一个从高温流向低温，从高浓度流向低浓度，从高压到低压的流动过程，并最终达到一个相对平衡过程。

在一个开放的环境里，不管什么样的地表物，它们每时每刻都在和外界寻找这样一个相对平衡的过程。那么物体能不能互相流动，决定于他们二地的流动力的差值，我们把它称为f：

1.3 饱和质量和物体的降落

当重力大于等于流动力差时，如果此物质的气体状态开始液化，则此物体在此状态下达到饱和状态。此时的m为此温度下的饱和质量M饱。

当物质凝聚时的质量m≥M饱时，物体就会因为重力大于等于流动力而降落。

而重力等于流动力差时，刚刚满足降落条件（此处为计算方便，省略为流动力）。

由（1）式可知：

2 实际应用

2.1 物体为什么能漂浮在空中

由（1）的流动力差和物体在星球所受的重力可知：

当物体的流动力差大于物体的重力时：

物体就会飘在空中。

当物体的流动力差等于物体的重力时：

物体就会处于相对平衡状态。

当物体的流动力差小于物体的重力时：

物体就会降落和静止在地表面上。

2.2 台风和龙卷风的形成

当A地和B地形成巨大的反差时，如笔者在《台风的奥秘》所说的，一侧水汽畅通，另一侧水汽不畅通，或者二侧冷空气和热空气相遇时，那么二侧就会形成巨大的反差，也就是如公式（2）所示，会形成巨大的力。

当A地的流动力远远大于B地流动力，则A地所爆发出的力威力惊人，水汽就在这股力的爆发下形成了台风和龙卷风。

所以当冷热空气（T变化）相遇或浓度变化（ρ变化：一侧多一侧少）都会造成台风或龙卷风。

2.3 冷空气和热空气为什么能阻挡水汽输送

当 TAρA/PA＝TBρB/PB时，空气就相当于处于平衡，即使 TB温度和它的浓度ρB低，如果同时压强PB也低时，那它们的TBρB/PB一样会跟水汽浓度较高的A地的TAρA/PA的值很接近，也就是A地和B地处于相对平衡状态，即冷空气阻拦了水汽前进的步伐。

也有很多气象学说认为这个问题是高山阻挡了水汽通过，实际上并不是，而是高山的冷空气阻挡了水汽的流通。因为随着海拔的升高，温度及压强都在降低，那么高山的TBρB/PB一样可以很接近平原的热空气TAρA/PA，让水汽过不去（处于相对平衡状态），也就是阻挡了空气中水汽的流通，那么被阻挡的水汽就容易形成高压带。同样的道理，热空气也一样容易阻断水汽的流通。

实验：在太阳底下隔着这么大的一块石碑，测出16：41左右的数据。测得阴面相对湿度是32（温度9），而阳面湿度是5（温度19）。

在一个很小的空间，他们的流动力是接近相等的，压强也基本相等。从流动力F=k Tρg/P可知，只有T和ρ发生变化(以16:41的测得数据为例），T增大（阳光下19度），ρ就减少（阳光下湿度为5），T减少（阴面下温度9），ρ就会增大（阴面下湿度32）。

这就是热空气会阻碍水汽的原因，也是导致沿海台风的原因，一旦沿海地区森林破坏，沿海裸露的地表在阳光下，温度急剧升高，引起沿海大陆的气流流动力接近海洋气流的流动力，导致大量海洋水汽被阻挡在沿海，造成沿海水汽高压带，大量海洋水汽被阻的最终结果就是就地解决形成暴雨，甚至台风出去或改道。

2.4 水汽的饱和及雾的形成和雨的降落形成

由公式（6）式可知，当Tρ/P一定，水汽接近液化浓度时，水汽处于饱和状态，则M饱为此温度下的饱和质量，同时水汽处于液化状态时，雾就会形成。

如果凝结的水汽质量m大于M饱饱和质量，则降雨就会容易形成。

当重力大于流动力差（忽略一地F=k Tρg/P）时，降雨容易形成，我们从对流动力和饱和质量分析知道，降雨有以下3种情况：

第一种：有大量水汽且有一定量凝结核的暴雨或台风式降雨（此时压强增大，流动力减少，重力容易大于流动力差而降雨)。

第二种：有足够的水汽和凝结核的冷热空气交汇式降雨（冷空气容易使饱和质量M降低，暖湿空气有足够的水汽，二者相遇，温度降低，流动力减少，降雨条件就满足了）。

第三种：有足够多凝结核的森林式降雨（6m≥M饱，所凝结质量很容易大于饱和质量，很容易满足降雨条件）。

2.5 没有森林，为什么冷空气能迅速南下？为什么很难下雨？

当TAρA/PA＜TBρB/PB时，如果本地A也没有森林，本地A的水汽浓度ρA也就会很低，随着本地温度TA的降低，B地冷空气的流动力就会远远大于A地的，从而造成B地的冷空气迅速流向A地，同时也造成沿海C地来的暖湿水汽被A地冷空气所阻挡。也就是没有森林的情况，冷空气更容易迅速南下。

同样的道理，没有森林，本地温度会迅速升温，从而也导致上风处水汽无法输送过来，也就是说热空气一样会阻挡水汽的输送。

如果没有森林，相应本地的ρ也小，同时没有森林凝结核也少，水汽凝聚的质量m无法克服重力条件而降落，也即m＜M饱，另外水汽即使达到饱和条件，它也很难克服重力条件降落。从笔者的《水汽的水分子是如何结合的》可知，有凝结核凝结质量相当于正常凝结质量的6倍，也就是6m。

所以只要有足够的水汽和凝结核，凝结核所凝结的水汽质量6倍于没有凝结核所凝结水汽的质量，它很容易大于饱和质量M饱，而形成降雨。

即6m≥M饱

因此借助凝结核的作用，水汽凝聚的质量可以6倍于没有凝结核的质量，即就是6m，这个6m就很容易超过饱和质量M饱而降落成雨。同时大量的饱和水汽也随着降雨的带动一起沾上而下，雨就会越下越大，这时即使没有凝结核，饱和水汽也会倾盘而下。

当然海洋的生物凝结核是最多的，制造的云（含有凝结核的水汽凝结）也是最多的，但它必须不被冷空气阻断才可以到达内陆地方。但从我们上面论述可以看到，没有森林，冷空气能迅速流动，从而很容易阻断水汽流动和向内陆输送，再加上凝结核的缺少，水汽很难在内陆形成降雨。那么没有大量水汽进入内陆，就导致内陆容易出现干旱，甚至沙尘暴。同时被阻断的水汽要么改道，要么造成二地极大的浓度反差，这样就会造成局部（特别是沿海）暴雨，甚至龙卷风和台风。

3 总结

从上面分析知道，阻挡水汽主要是热空气和冷空气，而沙尘、干旱、暴雨和台风最关键的是水，水多就暴雨，水太多就台风，水少就干旱，水太少就沙尘。而造成这种现象的主要原因是破坏森林所导致。

Application of the Flow Forceof the Object in Meteorological

Zhou Qiang

The conceptof theoriginal largeair powerandwater vapor saturation quality,through convectionmotivation research,understandingof the objectWhy can float in the air,vaporWhy is cold air orhotair,blocking,set forth the reasons for the formation of typhoons and tornadoes and no forestcaused by a variety of typhoons,torrential rains,mudslides and drought,duststormsand other naturaldisasters,the reason,and saturated quality study rainfallconditions.

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P 432

A

1000-8136（2013）02-0146-02

（编辑：胡静）