空氣微團

空氣微團

大氣微團在氣象上的含義是大氣中的一團很小的空氣。它小到這種程度,以致我們必須在氣象科學的意義下把它看作是一個點。它僅有唯一的氣象參量值,例如有唯一的溫度、氣壓值和風速值。而整個大氣是由極其眾多的大氣微團組成的。

目錄

形成


在大氣中,我們取一升空氣或說取一克空氣作為一個大氣微團看待完全是恰當的。由於大氣總質量約為1021克。這時我們看到大氣總體是由大約1021個大氣微團組成的。換言之,大氣總體是由極其眾多的大氣微團組成的。這與統計物理中經常研究N個粒子,而N值經常理解為具有阿伏加德羅常數的數量級(1023)是十分相近的。
我們還要指出空氣微團也必須充分大。因為如果把微團取的與空氣分子一樣的大小,那麼溫度、氣壓、風速這些氣象變數就失去了意義。因而微團又必須充分大,它要大到溫度、氣壓等變數有意義,要大到氣體狀態方程可以用到這個空氣微團上(這相當於非平衡統計物理中所謂的滿足局域平衡假設)。
在統計物理中把氣體單分子視為僅有三個分量的動能和它的三個坐標這六個變數就能確定其狀態的粒子。對於空氣微團來說要確定它的狀態僅有六個變數是不夠的。因為它除了確定位置的三個變數、確定運動速度的三個風速分量外,至少還有溫度、氣壓、比濕這三個變數。即對於一個空氣微團而言,它要有9個自由度、這說明對大氣微團的研究要比研究分子運動複雜一些。
空氣微團可以類似統計物理中的粒子那樣從統計角度去分析,這就為引用統計物理方法到氣象領域打開了道路。在分析大氣的比濕分佈律【1】和風速分佈律【2】時我們就是把空氣微團作為統計物理上的基本粒子看待,並找出有關的理論和實際分佈律的。