可降水量(Precipitable water)
氣象上有一個名詞"可降水量"(Precipitable water),可以用來衡量大氣的水含量。
其公式為
\(W=\frac{1}{\rho g} \int_{p_{1}}^{p_{2}} x d p\)
其中\({\rho}\)為空氣密度,\({g}\)為重力加速度, \({x}\)是混合比(mixing ratio , 大氣中水汽質量與干空氣質量的比)
\(W\)表示在兩個氣壓層之間單位面積的垂直氣柱中所含的大氣總水汽。通常用該水物質完全冷凝,並收集在同一單位橫截面積的容器中時所處的 高度 來表示。
另可參考,科學網—可降水量W:空中水文學名詞初集(4) - 張學文的博文
科學網—空氣濕度的多種表達指標:空中水文學名詞(22) - 張學文的博文
TCWV, TCW, 和VIWV
在ERA-Interim再分析資料里面包含了眾多變量,但沒有一個變量的名字叫做"可降水量"。參考其官方的文檔,發現TCWV, TCW,和VIWV這三個變量可能和可降水量有關:
- TCWV (total column of water vapour), 整層氣柱水汽總量。This parameter is the total amount of water vapour in a column extending from the surface of the Earth to the top of the atmosphere.(參見https://apps.ecmwf.int/codes/grib/param-db?id=137)。
- TCW (total column of water), 整層氣柱水含量。這個參數是水蒸氣、液態水、雲冰、雨和雪在一個從地球表面延伸到大氣層頂部的圓柱中的總和。在ECMWF模型(IFS)的舊版本中,雨和雪沒有被考慮在內(參見https://apps.ecmwf.int/codes/grib/param-db?id=136)。注:ERA-Interim中沒有考慮雨和雪。
- VIWV (vertical integral of water vapour), 水汽垂直積分。(參見https://apps.ecmwf.int/codes/grib/param-db?id=162055)
其中,TCWV 與TCW的不同之處在於,在一些老的版本中,TCWV 不考慮水
TCWV和VIWV, 本質上是相同的,但由不同的軟件產生。TCWV由IFS(ECMWF業務預報系統)生成,可用於分析和預測。VIWV是由ERA的后處理軟件生成的,對於ERA-Interim,這個變量僅在分析場中有。TCWV和VIWV的單位都是 \({ kg\ m^{-2}}\)。詳見:https://confluence.ecmwf.int/pages/viewpage.action?pageId=56667102
關於水汽(Wator vapor)
水汽指的是氣態的水,(也叫水蒸氣,濕氣)以氣態形式存在的水物質;大氣所有成分中最重要的一種。由於蒸發的“源”和冷凝的“匯”都有很大的不同,因此其數量在空間和時間上有很大的變化,為水文循環提供了積極的動力。大約一半的大氣水汽是在2公里高度以下發現的,只有一小部分水汽出現在對流層頂以上。水蒸氣不僅是雲和雨雪的原材料,而且是能量(潛熱)的運輸工具和通過吸收和釋放輻射調節行星溫度的調節器,在熱紅外(溫室效應)中最為重要。給定空氣樣品中的水蒸氣量可以用多種不同的方法測量,包括絕對濕度、混合比、露點、相對濕度、比濕度和蒸氣壓等概念。
關於蒸氣vapor
在低於臨界溫度的溫度下以氣態存在的任何物質;也就是說,如果施加足夠的壓力,氣體冷卻到足以液化的程度。如果任何蒸氣被充分冷卻,例如在恆定壓力下,其最終將達到飽和狀態,以致進一步的除熱伴隨着液相的冷凝。除了非常接近飽和狀態外,蒸氣還表現出所有氣體的一般特性。然而,從數量上講,即使在完全遠離飽和狀態的狀態下,蒸氣也表現出與理想氣體定律的可測量偏差。由於水的臨界溫度(374°C)遠遠高於任何大氣溫度(極高空位置的空氣除外),因此在大氣中以氣態發現的所有水物質都可以適當地稱為水氣。
臨界點(critical point)
物質的液相和氣相在最高可能溫度下平衡共存的熱力學狀態。在高於臨界溫度的溫度下,不存在液相。對於水來說,臨界點是
\(e_{s}=2.21\ \times 10^{5} \mathrm{mb}\)
\(T=647\ \mathrm{K}\)
\(\alpha=3.10\ \mathrm{gm}\ \mathrm{cm}^{-3}\)
其中\(e_{s}\)是水蒸氣的飽和蒸氣壓,\(T\)是開爾文溫度,\(\alpha\)是比容。
氣溫升高,水的沸點升高;壓力升高,水蒸汽的密度增大。同時增大氣溫和壓力,水的密度和水汽的密度相等時,此時的水稱為超臨界水,此時的溫度為臨界溫度。
最多只能把水加熱到水的臨界溫度Tc=374.15℃,因為水的臨界壓力Pc=22.129MPa,Tc是最高的飽和水溫度,水在Pc下被加熱到Tc時會立即氣化,成為過熱蒸氣,當T>Tc時,不論壓力多大都不能使水蒸氣液化。 ——引自Hydro的回答 - 知乎
