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水在气温调节中到底起了多大的作用？: 热度 6 fanxiaoyingz 2015-8-8 01:44; 水在气温调节中到底起了多大的作用？尽管有许多生态学家和气象学家都在研究气候，研究沙漠治理，但是有一个非常基本的问题常常被学者们忽略。什么问题呢？一立方水蒸发完可以使多少立方干空气降温 10 摄氏度？或者从 40 度下降到 25 摄氏度？这是一个很基本的问题，但是是一个很重要的问题。我们知道，在新疆的夏季，人们是“早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜”，这是对我国大西北沙漠地区气候特点的形象化写照。说明夏季沙漠地区的气温日较差很大，超过了 20 摄氏度。但是海洋性气候地区夏季白天和黑夜的温度日较差不超过 10 度，而且白天温度很少超过 30 度。这些都是水的杰作。在月球上既没有水，也没有空气，月亮白天和夜晚的温度差可以超过 200 度。说明空气也是可以平抑温度的，但是空气的作用没有水强大。而水就是在白天和黑夜中不断地通过蒸发吸收潜热（蒸发热）来降低空气温度，使之不会升温太快，晚上通过冷凝散发出热量，不让空气温度下降过快，从而达到平抑气温的作用。以上道理其实大家都懂得，但是具体的数量关系是什么呢？只有通过换算才能够知道。一立方水蒸发完可以使多少立方干空气降温 10 摄氏度？或者从 40 度下降到 25 摄氏度？凝聚一立方水可以使多少立方干空气增温 10 摄氏度？这其实是个比热容的换算问题。热容量，简称比热 (specific heat) ，是单位质量物质的热容量，即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。不同温度下水的各类物理参数如下表： t p c λ a 温度压力比热容导热系数热扩散率 ℃ kPa kJ/ （ kg·K ） W/ （ m·K ） 10m/h 0 0.613 4.2077 0.558 4.8 10 1.227 4.1910 0.563 4.9 20 2.333 4.1826 0.593 5.1 30 4.240 4.1784 0.611 5.3 40 7.373 4.1784 0.623 5.4 50 12.332 4.1826 0.642 5.6 60 19.918 4.1826 0.657 5.7 70 31.157 4.1910 0.666 5.9 80 47.343 4.1952 0.670 6.0 90 70.101 4.2077 0.680 6.1 100 101.325 4.2161 0.683 6.1 可以看出，水的比热容为 4.186kJ/ （ kg ·℃），水在 0.1MPa 压强下的蒸发潜热为 2257.2kJ/ （ kg ）。空气的比热容与温度有关，温度为 250K 时 , 空气的定压比热容 cp=1.003kJ/(kg*K). ， 300K 时，空气的定压比热容 cp=1.005kJ/(kg*K) 。空气密度是 1.293g/L ，水的密度在 3.98 ℃时最大，为 1 × 103kg/m3 ，水在 0 ℃时，密度为 0.99987 × 103 kg/m3 。现在来计算一立方水蒸发完可以使多少立方干空气降温 10 摄氏度？我们忽略水的温度，因为水其实在任何温度下都可以蒸发，都可以吸收蒸发热。只是水的凝结却不是很容易，也不是在任何温度下都可以凝结，必须达到露点或者冰点。首先，一立方水蒸发完可以吸收多少蒸发潜热？水一个大气压下的蒸发潜热为 2257.2kJ/ （ kg ），而一立方水大约为 1000kg ，所以一立方水蒸发完可以吸收或者放出 2257.2 × 1000=2257200 kJ 热能。它可以使多少范围内的空气降温 10 摄氏度呢？空气的定压比热容 cp=1.005kJ/(kg*K) ，这个是以空气质量为基础测定的，现在需要换算为体积。空气密度是 1.293g/L ，那么一立方空气的质量为 1000 × 1.293g=1.293kg 。那么一立方空气的比热容为 1.293 × 1.005kJ/(1.293 × kg*K)=1.293 × 1.005kJ=1.299465kJ/ 立方，即近似为 1.3kJ/ 立方，现在我们就可以求出一立方水对周围多少立方范围内的空气有影响了。假设让周围空气温度上升 10 摄氏度，那么一立方水蒸发 2257200 kJ 热能能够控制的空气范围为： 2257200 kJ ÷ 10 ÷ 1.3kJ/ 立方 =173630.7 立方。答案非常令人惊讶，一立方水蒸发完可以使得 17 万立方范围内的空气降温 10 摄氏度。如果我们把它的影响范围仅仅限定在散射辐射比较频繁的近地层 3 公里以内，那么它能够影响的面积为 57.8 个平方。如果认为大部分水分不会到达 3 公里高空，只能到达 2 公里高空，那么它能够影响的面积为 86.8 个平方。那么一平方公里的水面就可能影响近 100 平方公里范围内的空气温度，而且会使得温度变化在 10 摄氏度。其实这种算法在空气中水分凝结的时候最有实际意义，就是说夏季的晚上只要凝结一立方水，就能够保证 17 万立方范围内的空气温度的日较差减少 10 摄氏度。很显然，水在沙漠中具有非常重要的意义。也就是说我们只要向沙漠地区注入一立方水，我们就能够影响 17 万立方范围内的空气温度。这也能够清楚地说明为什么沙漠地区夏天的温度日较差很大，可以达到 30 度以上，而海洋性气候地区的温度日较差较小，只有 10 度左右。如果我们要在沙漠地区创造一个适合于人体适应温度范围内的气温条件必须引水。而引水是影响沙漠气候和温度的最为关键的措施。当然还因为水是生命的最重要的溶质。; 个人分类: 气候生态|9117 次阅读|16 个评论

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