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空中调水到底是还是神话
用人工干预方式改变大气水汽分布,把长江流域的水资源调往黄河流域,这就是科学家提出的“天河工程”,这究竟是创新构想还是当代神话 ?
每年一到夏天,中国南方很多地方就会饱受洪涝灾害的困扰, 而在中国的西北,缺水干旱依旧是一种常态.有没有可能把中国南方过多的雨水资源调一些到北方？这样的想法听起来有一些疯狂,可中国的一支科学家团队却下定决心来试一把了.
这个科研团队的领衔者是中国科学院院士、 青海大学校长王光谦,从 2014 年底开始,他带领的主要由清华大学、青海大学两所大学研究人员构成的一个研究团队就启动了这个构想.他们给这个项目取了一个名字——“天河工程”,实际上就是一种跨流域调水新模式.
王光谦说,在大气边界层至对流层范围内,也就是大气层中 10公里以下的中低层,存在稳定和有序的水汽输送通道,他们将其形象地称为“天河”.
“天河工程”也是一个比喻说法,通俗地说,就是通过空中搬运水汽到干旱地区降雨,供给缺水地区以水,满足人们的生活和生产需求.
在空中实施调水
2016 年 9 月 9 日至 11 日, “天河工程”论证启动会暨第一次专家组会议在青海省西宁市举行,项目旨在科学分析大气中存在的水汽分布与输送格局,进而采取人工干预手法,实现不同地域间大气、地表水资源再分配.
在该工程的构想中,课题组认为可在中国三江源的黄河流域和长江流域的分水岭实行空中调水,改变云水资源在两个流域间的转化,以增加黄河流域的降水量.
三江源是青藏高原上长江、黄河和澜沧江的源头汇水区域.科学研究发现,本来大多涌向东南的水汽在这里要经过黄河流域和一部分内流区.王光谦等研究人员构想,如果能在水汽涌向东南长江流域之前就“拦截”下一部分,沿着黄河干支流送往北方,就可以在不修建地面渠道的情况下达到 “南水北调”的效果.
在气象学中,衡量水汽输送大小的物理量是“水汽通量”,表示在单位时间内流经某一单位面积的水汽量.三江源高空的水汽输送情况如何呢？
青海省气象局研究员级高级工程师李生辰等人,利用由美国气象环境预报中心 (NCEP) 和美国国家大气研究中心 (NCAR) 联合制作的NCEP/NCAR 再分析资料和青藏高原三江源地区的降水资料,分析了三江源地区的水汽输送特征.研究表明 : 在东亚和印度季风驱动下的西南暖湿气流是三江源地区空中主要水汽来源,其次是来自西边界中东高压中的偏西气流和西风带中的偏北气流,这 3 种大尺度环流背景的气流汇集到三江源区,使该地区6—9 月处在水汽辐合区内,同时在高原大地形的动力作用下,三江源地区近地面层天气系统带来源源不断的降水,为这一区域形成江河源头创造了条件.
王光谦研究团队认为, 如果 “天河工程”能够在人工干预天气的技术上,有效利用南边界甚至西、北边界的水汽输送,那么就“有望每年在青藏高原的三江源地区增加降水 25 亿立方米”.简单地说,就是利用黄河上源偏西南的这一地理特性, 选择恰当的位置搞人工降雨,把东南用不完的水汽提前转移到黄河流域.这相对于黄河每年 600 多亿立方米的径流量,相对南水北调( 中线 ) 每年 95 亿立方米的规划流量,已经相当不可忽视了.
另外在三江源北面的祁连山和柴达木地区,由于高空的水汽输送相对较少,“天河工程”预期可以实现的年增水分别在“2 亿和 1.2亿立方米”.记者了解到,这也是“十三五”期间,“天河工程”规划的调水目标, 而根据他们的设想,“天河工程”中远期有望实现每年跨区域调水 50 亿立方米,这大约相当于 300 个西湖的蓄水量.这样宏伟的目标能够实现么吗？
三种可参考的模板
科研人员现在提出的“天河工程”设想有三种可以参考的模板：一是神话；二是人工影响天气技术,即通过科学手段实施人工降雨、人工增雨作业；三是改造当地自然环境形成新的天地水循环系统.
神话的模板以《西游记》的描写为典型.在车迟国里,孙悟空帮师父求雨,请来雨神,后者挟持几朵云彩到车迟国就降下雨来.这种神话的调水非常完美,不仅可以确定降雨地点、降雨量,还能确定降雨的时辰.
人工增雨通常是以飞机或导弹为载体,向大量的积雨云中撒播催化剂（盐粉、干冰或碘化银等）,成为云中水滴的凝聚核,使水滴在其周围迅速凝聚,增大到一定程度后降落到地面,形成降水.
第三种方式是重造自然的水循环系统.云南的哈尼梯田倒是一个典型的例子. 这里森林、 村寨、 梯田、水系“四素同构”,形成了一套生态循环系统,这些其实不是天然形成的,而是哈尼族人民世世代山凿石创造出来的.与其他梯田不同, 哈尼梯田的灌溉不是通过抽水,而是通过一套自然水循环系统：在亚热带季风气候下,红河及山脚水渠蒸发的水汽在沿着哀牢山上升的过程中,与来自南边海洋上空温暖而湿润的气流相遇,由于气流随气温的逐渐下降而冷凝成雾和雨,降落到原始森林,形成涓涓细泉下泄江河.哈尼人在靠近森林的地方挖筑大沟,把下泄之水悉数截流,引大沟之水灌溉梯田,水又沿层层梯田注入江河,在这个过程中,稻田、沟渠和河道中的水再度蒸发升空,形成了一个完整的水系循环.
在三种模板中,第一种当然只是人类美好的愿望而已.第三种方式的实现具有一定的偶然性,其发生完全是个小概率事件,并且跨越的地区和空间不大.王光谦等科研人员能够使用的也只有人工影响天气技术了,这是现在我们国家可以在一定范围内实施的技术.
而现在,王光谦院士等科研人员要通过天河实现不同地域之间的水的搬运,科研人员要通过对大气中水汽含量及迁徙路线的监测,掌握水汽迁徙规律,并在有条件的地区进行人工干预,把能够形成降雨的水汽搬迁到缺水的北方地区.这在现有的科技水平下能够做到吗 ?人工增雨对气团运动有多大影响 ?
专家们认为,如果跨区域的水汽搬运没有办法解决,“天河工程”就无法实施.现在关键的问题是,中国气象学界有专家认为这样的工程在现有科技水平上根本就做不到.
“现在的确有人工增雨、人工降雨式的人工影响天气作业,但是都有能够形成降雨的前置条件,就是空中必须要有云,要有大量富含水汽的云,并且一般也只有10%~20% 的增量,如果天上没有云和水汽,撒播再多的催化剂也变不出雨水.”北京市气象局研究员吴正华在接受记者采访时表示.
吴正华同时强调,这种作业目前人类还只能小范围内予以实施,比如在 5 平方公里、10 平方公里的范围进行操作,但是大范围内,比如要想将海淀中心区下的雨赶到昌平中心区去下,现在我们的技术还做不到.
“因为朝富含水汽的云中撒催化剂,是将气态的水汽变成液态的水滴,其要么就是其凝聚成的水滴降下来了,要么就是作业无效,人工降雨、人工增雨作业效果一般不可能影响到太远的地方去.而三江源地区这样跨度达到上万平方公里以上的区域的空中调水构想,更是难上加难.”吴正华说.
吴正华提出疑问,在三江源的长江流域人工增雨、降雨作业,云和水汽怎么调往黄河流域？用什么方式来调呢？云和水汽不是你想往什么地方调它们就会朝那里跑的.
其实这些年,已经有不少人提出过通过转移水汽的空中调水方案,但是因为缺乏可操作性,最后都不了了之.据报道,为了开发空中的大气水资源,安徽、吉林、辽宁、四川、河南等地纷纷投入巨资抛出“空中水库”计划,为大规模地开发大气水资源做准备,但并没有取得多大的效果.
中国气象科学研究院人工影响天气研究所高级工程师张纪淮也对记者表示,2008 年北京奥运会,为了保证 8 月 8 日晚上鸟巢的开幕式不下雨,北京市当天动用了 10 架飞机、1100 多发火箭弹在北京市及北京市周边实施大规模的人工消雨作业,也才消掉了鸟巢周边及北京市部分城区当晚的降雨,尽管让下雨的位置发生了一些移动,但并没有能够做到大范围的消雨,同样,如此规模的人工增雨作业也不会产生太大的影响.
中国气象科学研究院的一位专家表示,目前针对空中云水资源的开发还有很多问题不能解决.“虽然目前我国人工增雨作业已经进行了几十年,但是依旧处在一种实验阶段,对人工增雨的具体运行机制我们还不是很清楚.大范围改变和控制云水资源的分布不可能,这需要改变地球上的热力场分布,不仅一个国家做不到,从目前来讲,就是全世界联合起来也做不到.”该专家表示,要是这个问题能够解决,我们的沙漠就要变绿洲了.
“云的运动是大自然中气流运动的结果,就现在而言,我们人类的人工增雨作业对气团运动的影响是非常小的.”张纪淮说,人工增雨是一项科学,我们应该认识到它的作用,但是也不能过于夸大,并产生一些异想天开的幻想,目前一些地方过于夸大人工增雨作用的苗头需要予以注意.“大自然有它自己的运行规律,很多人梦想着如同神话中说的一样能够呼风唤雨,这是很不现实的,这是应该予以破除的科学迷信.”
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