可降水量(Precipitable water)

气象上有一个名词"可降水量"(Precipitable water),可以用来衡量大气的水含量。

其公式为

\(W=\frac{1}{\rho g} \int_{p_{1}}^{p_{2}} x d p\)

其中\({\rho}\)为空气密度,\({g}\)为重力加速度, \({x}\)是混合比(mixing ratio, 大气中水汽质量与干空气质量的比)

\(W\)表示在两个气压层之间单位面积的垂直气柱中所含的大气总水汽。通常用该水物质完全冷凝,并收集在同一单位横截面积的容器中时所处的 高度 来表示。

另可参考,科学网—可降水量W:空中水文学名词初集(4) - 张学文的博文

科学网—空气湿度的多种表达指标:空中水文学名词(22) - 张学文的博文

TCWV, TCW, 和VIWV

在ERA-Interim再分析资料里面包含了众多变量,但没有一个变量的名字叫做"可降水量"。参考其官方的文档,发现TCWV, TCW,和VIWV这三个变量可能和可降水量有关:

  • TCWV (total column of water vapour), 整层气柱水汽总量。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.(参见https://apps.ecmwf.int/codes/grib/param-db?id=137)。
  • TCW (total column of water), 整层气柱水含量。这个参数是水蒸气、液态水、云冰、雨和雪在一个从地球表面延伸到大气层顶部的圆柱中的总和。在ECMWF模型(IFS)的旧版本中,雨和雪没有被考虑在内(参见https://apps.ecmwf.int/codes/grib/param-db?id=136)。注:ERA-Interim中没有考虑雨和雪。
  • VIWV (vertical integral of water vapour), 水汽垂直积分。(参见https://apps.ecmwf.int/codes/grib/param-db?id=162055)

    其中,TCWV 与TCW的不同之处在于,在一些老的版本中,TCWV 不考虑水

    TCWV和VIWV, 本质上是相同的,但由不同的软件产生。TCWV由IFS(ECMWF业务预报系统)生成,可用于分析和预测。VIWV是由ERA的后处理软件生成的,对于ERA-Interim,这个变量仅在分析场中有。TCWV和VIWV的单位都是 \({ kg\ m^{-2}}\)。详见:https://confluence.ecmwf.int/pages/viewpage.action?pageId=56667102

关于水汽(Wator vapor)

水汽指的是气态的水,(也叫水蒸气,湿气)以气态形式存在的水物质;大气所有成分中最重要的一种。由于蒸发的“源”和冷凝的“汇”都有很大的不同,因此其数量在空间和时间上有很大的变化,为水文循环提供了积极的动力。大约一半的大气水汽是在2公里高度以下发现的,只有一小部分水汽出现在对流层顶以上。水蒸气不仅是云和雨雪的原材料,而且是能量(潜热)的运输工具和通过吸收和释放辐射调节行星温度的调节器,在热红外(温室效应)中最为重要。给定空气样品中的水蒸气量可以用多种不同的方法测量,包括绝对湿度、混合比、露点、相对湿度、比湿度和蒸气压等概念。

关于蒸气vapor

在低于临界温度的温度下以气态存在的任何物质;也就是说,如果施加足够的压力,气体冷却到足以液化的程度。如果任何蒸气被充分冷却,例如在恒定压力下,其最终将达到饱和状态,以致进一步的除热伴随着液相的冷凝。除了非常接近饱和状态外,蒸气还表现出所有气体的一般特性。然而,从数量上讲,即使在完全远离饱和状态的状态下,蒸气也表现出与理想气体定律的可测量偏差。由于水的临界温度(374°C)远远高于任何大气温度(极高空位置的空气除外),因此在大气中以气态发现的所有水物质都可以适当地称为水气。

临界点(critical point)

物质的液相和气相在最高可能温度下平衡共存的热力学状态。在高于临界温度的温度下,不存在液相。对于水来说,临界点是

\(e_{s}=2.21\ \times 10^{5} \mathrm{mb}\)

\(T=647\ \mathrm{K}\)

\(\alpha=3.10\ \mathrm{gm}\ \mathrm{cm}^{-3}\)

其中\(e_{s}\)是水蒸气的饱和蒸气压,\(T\)是开尔文温度,\(\alpha\)是比容。

气温升高,水的沸点升高;压力升高,水蒸汽的密度增大。同时增大气温和压力,水的密度和水汽的密度相等时,此时的水称为超临界水,此时的温度为临界温度。

最多只能把水加热到水的临界温度Tc=374.15℃,因为水的临界压力Pc=22.129MPa,Tc是最高的饱和水温度,水在Pc下被加热到Tc时会立即气化,成为过热蒸气,当T>Tc时,不论压力多大都不能使水蒸气液化。    ——引自Hydro的回答 - 知乎

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