水气平流 是水平风传输的水气通量。水气平流的测量和模拟对于天气预测,特别是对云、雾、温度、湿度和降水等参数极为重要。
定义
依据平流的古典定义,水气平流可以定义如下:
![{\displaystyle Adv(\rho _{m})=-\mathbf {V} \cdot \nabla \rho _{m}\!}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/925f3972f1a94b231f810813510a19ec0ef05783)
其中 V 为水平风向量,
为水气密度。在天气预报时常以混和比或 露点温度 (达到饱和时的温度) 作为衡量水气量的指标。若用露点温度的水气平流可表示成如下:
![{\displaystyle Adv(T_{d})=-\mathbf {V} \cdot \nabla T_{d}\!}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b983ffb59422c6aad31efb8bf1953293348b4c03)
水气通量
以混和比表示水气量的水气通量水平平流如下:
![{\displaystyle \mathbf {f} =q\mathbf {V} \!}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b686c029a38b71339d94b29c3b4d86268bbceb9b)
其中q为混和比。这个值也可以拿来做垂直积分,算出整层大气的水气传输通量:
![{\displaystyle \mathbf {F} =\int _{0}^{\infty }\!\rho \mathbf {f} \,dz\,=-\int _{P}^{0}\!{\frac {\mathbf {f} }{g}}\,dp\,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/51f6c79fd7c884d8b234855b3374484e5639fead)
其中
为空气密度,P 为地面气压。上式从中间到右边的推导有用到流体静力平衡假设。
另外,整层的水气通量辐散(辐合)则代表了总蒸发散(降水),也就是在垂直层中增加或移除水气的作用。其关系式如下:
![{\displaystyle P-E-{\frac {\partial (\int _{0}^{\infty }\!\rho q\,dz\,)}{\partial t}}=-\nabla \cdot \mathbf {F} \!}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/196ba8a4218078398c2565518a68bc423522b97f)
其中的P,E 和积分项分别代表降水、蒸发散和可降水量时变率,并可以用每单位面积的质量作为单位。
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