二、塔里木– 弱水出雪山，强蒸返云间

塔里木盆地年均水量稳定，无法改变，但这些水如何使用至关重要。

塔里木盆地南、西、北三面分别被接近五千米的青藏高原、帕米尔高原和天山山脉环绕，东端则是一个敞开的口，那里有相对低得多的北山和河西走廊。盆地内的地表水大部分来自周围的高山，西风带掠过西部的山脉在迎风面形成降水，一部分溢入塔里木盆地形成河流，汇集到塔里木河，过去塔里木河一直流到盆地东端的终端盐湖罗布泊（蒙语和维语的意思是“众水汇聚之地”）。而分散降落在盆地内的水，由于地面极端干燥，就很快被吸收然后蒸发掉了，对盆地内的河流几乎没有任何贡献。《汉书》记载2000年前的罗布泊“广袤三百里。其水亭居，冬夏不增减”^[1]，说明它的水面广大并且稳定，甚至冬、夏都变化不大。自有仪器测量记录以来，虽然塔里木盆地内的水分布发生了巨大的变化，但河流源头的径流量总和几乎没有变化，一直保持在平均每年将近400亿立方米左右^[2]，充分显示塔里木盆地内的河流总年均径流量的稳定。

图2.1：假设所有地表水被取走而无蒸发，则盆地内的湿度低而均匀

塔里木盆地内水量稳定是因为它大部分源自周围的高山，而蒸发是在内部的塔克拉玛干沙漠地区，两者相距遥远，并且水蒸发量小，所以水的蒸发对总降水的影响很小。假设盆地内所有的地表水在未经蒸发之前就被取走，即盆地内的水蒸发为零，盆地内的降水也不会减少太多，其所对应的平均降水率为P_AO。如果盆地内没有水蒸发，如图2.1所示，盆地内的空气湿度就会低而均匀，从地面到高空基本不变，盆地上口处与同样高度外部大气的湿度也基本没有差别，因为没有水蒸汽的净输入或输出^[3]。

塔里木盆地没有流出去的河流，进来的水只有一条出路，就是全部通过蒸发返还给大气，进来多少蒸发多少，这样自盆地上空向外有一个持续的水蒸汽输出。这一点可能与大部人的印象截然不同，通常人们会认为，沙漠地区空气干燥，大气经过时会留下水分。然而事实恰恰相反，大气在经过沙漠地带时，非但不会留下水分，反而将流入沙漠的地表水蒸发带走，沙漠里地面附近的空气相对湿度较低，但高空中空气湿度却高于周围大气。

在定常状态下，塔里木盆地的水蒸汽输出率与总降水率相等。若盆地内的水蒸发是均匀分布的，对应于水蒸发率，也就是单位时间水分从地面到高空的质量传递，空气湿度在地面附近最高，随高度增加而降低^[4]，但在盆地的上口湿度仍然高于周围大气（如图2.2所示），以使水蒸汽从盆地上空传递到周围的大气。

图2.2：正常水蒸发使地面湿度大于高空，水蒸汽输出使盆地上方湿度大于周围大气

盆地内的蒸发使空气湿度增加，也使盆地内（主要是周围山脉）的降水率略有增加（P_AI），所以总平均降水率则为P_A=P_AO+P_AI。因为P_AI是内部循环，所以水蒸汽输出率仍然保持在P_AO。图2.3显示降水和蒸发之间的非线性关系，绿点代表假想的无蒸发状态，蓝点代表实际的蒸发与降水平衡状态，E_AE=P_AO+P_AI。

以上降水与蒸发之间的非线性关系，决定了盆地水循环的稳定性。如图2.4所示，若有异常的降水使盆地内的水量过多，则使蒸发显著增加，但降水的增加却很小，这就使蒸发大于降水，使盆地内的水量减少，恢复到原来的平衡水量。相反若盆地内的水量低于平衡水平，则使蒸发显著减少，但降水的减少却很小，这就使蒸发小于降水，使盆地内的水量增加，恢复到原来的平衡水量。所以降水与蒸发曲线交叉的平衡点（蓝点）是一个稳定点，即无论有哪个方向的扰动，盆地的水循环总能自动回到平衡点。

图2.3：盆地平均降水率与蒸发率之间的非线性关系

图2.4：盆地水循环稳定机制

这一水循环稳定现象也存在于世界上其它类似的盆地中，如美国西部的大盆地（Great Basin）。如图2.5所示，虽然大盐湖水面积自1847年以来已萎缩了50%，但研究表明这完全是人类活动增加了上游水耗所致。150年来，大盆地内河流源头的总年均径流量基本保持不变，也就是说，若是没有增加引走的水量，以供应新增的农业、工业、城市等需要，大盐湖的面积则不会有任何萎缩^[5]。

图2.5：美国大盆地内的大盐湖在不断萎缩，但河流径流量保持稳定

认识到塔里木盆地的水量稳定性至关重要，这意味着其内部的生态保护原则与盆地外的正常生态系统完全不同，绿化、水面、湿地等的改善都不会使盆地内的总水量增加。同样，绿化、水面、湿地的减少也不会使总水量减少。有很多论述把塔里木盆地内的生态恶化，包括楼兰的消失和罗布泊的干涸归结于人类对森林植被的破坏，这种说法看似有道理，但实则谬误。塔克拉玛干沙漠的漫长历史足以说明，这里恶劣的生态环境并不是人类活动的结果。无论人们怎样做，都不会对塔里木盆地内的总平均水径流量产生明显的影响，但人类活动可以决定这个稳定的水流量如何使用以及在哪里使用，也就是水在盆地中的分配，这是楼兰消失和罗布泊干涸的根本原因，即本来流到这里的水被源头或上游的人截留了。

既然塔里木盆地内的水量是固定的，那就只能着眼于如何有效利用它。平均到每个人，塔里木盆地内的年人均淡水拥有量约为4000立方米，是全国人均淡水拥有量的两倍，但常被认为严重缺水，这主要是因为盆地内蒸发强烈，大部分水在未加利用之前就被无效蒸发了，同时水资源的分配也极不合理，后面我们会看到水的分布对盆地以东的下风地区有何等重要的影响。

参考文献

[1] 班固, 前汉书, 中国长安, 111.

[2] 陈亚宁和徐宗学, “全球气候变化对新疆塔里木河流域水资源的可能影响,” 中国科学D辑地球科学, 卷 34, 编号 11, pp. 1047-1053, 2004.

[3] H.-Q. Zhang 和 Z. Ma, “Stability and tilting of regionalwater cycle over Tarim Basin,” Submitted to Journal, 2017.

[4] K. Katsaros,Encyclopedia of Atmospheric Sciences, J. R. Holton, J. A. Curry 和 J. A. Pyle, 编辑, USA: Elsevier, 2003, p. 870.

[5] W. Wurtsbaugh, C.Miller, S. Null, P. Wilcock, M. Hahnenberger 和 F. Howe, “Impacts of water development on Great Salt Lakeand the Wasatch front,” Watershed Science Faculty Publications, 2016.