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物体的流动力在气象上的应用
周
强
内容摘要
通过对流动力的了解，我们就能理解物体为什么能漂浮在空中，很容易理解水汽为什么会被冷空气或热空气所阻断，和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。
关键词：流动力，流动力差，饱和质量，台风，森林
基本概念
一、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）
这里k是修正系数
g为星球对物体的重力加速度
T为此流动物质温度
ρ此流动物质的浓度
P为此流动物质所受的压强 当然如果把浓度ρ换算成密度ρ，则ρ可以写成nρ，
则公式可以写成：F= k Tnρg / P
（1-1）
这里n为此物质的量（分子的数量或摩尔数）
ρ为此物质的密度
二．饱和质量和物体的降落
当Tρ/P达到平衡时，如果此物质的气体状态开始液化时，则此物体在此温度T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大于或等于m饱时，物体就会因为重力而降落。
由（1）式我们知道， F=m饱g 即
k Tρg / P = m饱g 则
m饱= k Tρ/ P
（注：此公式为原创，未经作者同意不得引用） (2)
三、流动力差
在一个开放的环境里，一个物体从A地流向B地时，或从B地流向A地，必然存在一个高温流向于低温，从高浓度流向于低浓度，从高压到低压的一个流动过程，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，我们把他称为f f = FB- FA =
k TBρB g / PB- k TAρA g / PA
即
f =
k（ TBρB / PB- TAρA / PA）g
（注：此公式为原创）（3）
由（3）式知：
当TAρA/ PA＞TBρB / PB时，
（4）
物体从A地流向于B地
当TAρA/ PA＝TBρB / PB时，
（5）
物体处于相对平衡状态
当TAρA/ PA＜TBρB / PB时，
（6）
物体从B地流向A地
实际应用
一．物体为什么能漂浮在空中
由（1）的流动力和物体在星球所受的重力我们可以知道：
1．当物体的流动力大于物体的重力时：
即
F＞mg （7）
物体就会飘在空中
2．当物体的流动力等于物体的重力时：
即
F=mg
（8）
物体就会处于相对平衡状态
3．当物体的流动力小于物体的重力时：
即
F＜mg
（9）
物体就会降落和静止在地表面上
二、台风和龙卷风是怎么形成的？
当A地和B地形成巨大的反差如我在《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（3）f =
k（ TBρB / PB- TAρA / PA）g也就会形成巨大的力
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。
三、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温度低和它的浓度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，也就是说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，实际上并不是高山阻挡水汽输送了，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的TAρA / PA，让水汽过不去（处于相对平衡状态），也就是阻挡了空气的水汽的流通！同样的道理，热空气也一样容易阻断水汽的流通！
四、水汽的饱和及雾的形成和雨的降落形成
由（2）式知道，当Tρ/ P一定时，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。
五、没有森林，为什么冷空气能迅速南下？为什么很难下雨？
我们从前面（4）式可以知道TAρA/ PA＞TBρB / PB时，如果本地B没有森林，本地B的水汽浓度ρB也就会很低，随着本地温度TB的降低，A地冷空气的流动力就会远远大于B地的，从而造成A地的冷空气迅速流向B地，同时也造成C地来的水汽被B地冷空气阻挡！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。从我的《水汽的水分子是如何结合的》可以知道，有凝结核的凝结的质量相当于正常凝结的质量的6倍，也就是6m。
所以只要有足够的水汽和凝结核，凝结核所凝結的水汽质量6倍于没有凝结核所凝结水汽的质量，他很容易大于饱和质量m饱，而形成降雨！
即：6m≥m饱
因此借助凝聚核的作用，水汽凝聚的质量可以六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，但他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就会造成局部（特别是沿海）暴雨，甚至龙卷风和台风！
总结 从上面分析知道，沙尘，干旱，暴雨和台风最关键的是降雨，而从对流动力分析知道降雨有三种情况： 1．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 有大量的水汽（包括来自大量海洋水汽和本地蒸发的水汽），也就是浓度ρ高，且有一定的凝结核（主要来自海洋），这时大量水汽被阻而接近于饱和（湿度一般都超过80%以上），再加上大量带有凝结核的海洋水汽的加入导致水汽凝结的质量m超过饱和质量m饱而降雨，这种方式的降雨一般都是暴雨，甚至台风式降雨。这种降雨一般出现在沿海地区比较多，是我们不愿意见到的，因为它容易带来灾难（台风，洪水，泥石流），而且更可怕的原因是大量海洋水汽被释放在沿海，导致内陆地区水汽不足而造成内陆出现严重的干旱或沙尘暴。 2．第二种有足够的水汽和凝结核的冷热空气交汇式降雨 当热空气和冷空气相交汇时，热空气有足够的水汽和凝结核的云（来自于海洋生物的凝结核的云比较多），而冷空气使热空气温度降低而让相交汇的热空气达到低温时的饱和质量m饱，从而形成降雨。也就是有一定的凝结核，且有足够的水汽，且遇到低温时降雨的方式，这种方式是最多的，也是我们经常所见到的降雨，特别是缺少森林地区是唯一可以降雨的方式，也就是“靠天吃饭”。 3．第三种有足够多凝结核的森林式降雨 当水汽不是很足够时（湿度不能低于30%），要降雨必须有足够多的凝结核，而凝结核在陆地一般大部分来自于森林或者人工产生，也就是满足6m大于m饱的降雨条件才能降雨。而森林却是最自然的，而且随时随地都可能留住水汽。这种情况最多的是森林丰富的地区（各地的自然保护区），森林地区自成一体的成为局部气候条件。而一旦自然保护区失去森林，这些地方就只能依靠“老天”降雨的方式，也就是第二种降雨的方式，否则这些地区就只能出现干旱，甚至沙尘。 这个云南是最明显的例子！孟加拉湾上来的水汽（从孟加拉湾，印度东部和缅甸）很容易切断南下云南的冷空气，从而使得云南很难受冷空气的侵袭，让云南常年温暖，但没有冷空气同时也没有冷热交汇也就很难有第二种降雨方式！一旦云南地区森林被破坏，连第三种降雨方式也失去，云南干旱就不可避免！
2011-11-13初稿于沈阳
2012-2-18修正于沈阳
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匿名
发表于 2012-6-10 23:50
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发表于 2012-6-11 03:12