【按语】据高校教科书介绍（王建主编.现代自然地理学[M].北京:高等教育出版社,2001,284～285）：“灌溉后的土地，土壤湿度增大，土壤热容量增大，将会起到类似于绿洲的效果。因此，可以说灌溉具有绿洲效应。大规模的灌溉，甚至可以改变区域的气候。在美国俄克拉何马、科罗拉多、内布拉斯加州62000Km²土地上的灌溉，使得这些地区初夏的降水大约增加了10%。”

据统计，到目前为止，全球已经建成的跨流域调水工程有160多项。除以上介绍以外，其它跨流域调水工程很少有“调水增雨”方面的研究成果，这或许说明其它跨流域调水工程在“调水增雨”方面的作用不明显，否则，应该有很多这方面的研究成果。少量的跨流域调水工程有比较明显的增雨效果，绝大多数跨流域调水工程都没有明显的增雨效果？这是为什么？哪些有明显的增雨效果？哪些没有明显的增雨效果？有一些怎样的规律？

据《超深盆地调水增雨初步研究》的论证，向西北超深盆地跨流域调水，西北的降水量能明显增加、成倍增加。很多专家对这样的研究结论持怀疑的态度，怀疑的理由是：除少量的跨流域调水工程能明显增加受水区的降水量以外，绝大多数跨流域调水工程都没有明显的增雨效果。面对以上质疑，本文尝试做一些回应解释，请各位专家仔细审查。

不同的受水区“调水增雨”差别很大的原因分析

——主要比较西北内流区超深盆地和华北平原两个受水区

1 西北内流区超深盆地的突出特点

图1摘自论文《超深盆地四周的巨型山脉对本地水汽和外来水汽的影响截然相反》^[1]。西北内流区超深盆地有二个突出特点，一是内流区的降水100%在内流区蒸发蒸腾变成本地水汽，即下图第⑦步演变成立；而外流区的降水有部分径流输入大海，在研究区域蒸发蒸腾变成本地水汽的数量小于100%。二是超深盆地四周都是巨型山脉，它有强力约束本地水汽的作用；还有拦截本地蒸散水汽致使四周山地成为迎风坡地形雨的作用；超深盆地的本地水汽还能诱导俘获沉底外来水汽使其变成俘获降水的作用。以上就是西北超深盆地调水增雨效应非常显著的主要原因。作为南水北调东线和中线工程受水区的华北平原，不是内流区，四周也没有巨型山脉，这是以上两个受水区调水增雨效果明显差别的主要原因。

图1  强力约束、强力拦截、良性水循环等三大支柱致使超深盆地调水增雨的逻辑关系

2 跨流域调水、特大规模调水对不同受水区年实际蒸发量的不同影响

一般来说，下垫面的年实际蒸发量受两个方面的影响，一是受当地太阳辐射的影响，也就是受纬度的影响，二是受下垫面水分供应的影响。如果下垫面的水分供应充足（东南湿润区就是这种情况），那就完全决定于当地的太阳辐射；如果太阳辐射充足而下垫面的水分供应不足（西北干旱区就是这种情况），那就完全决定于下垫面的水分供应。

现状情况下，塔里木盆地、柴达木盆地等西北内流区超深盆地的多年平均降水量只有几十毫米，下垫面没有水分、缺少水分可供蒸发，致使陆面的年实际蒸发量（也就是年陆面蒸发量）与年降水量近似相等，年实际蒸发量只有几十毫米。当地的蒸发能力很强，跨流域特大规模调水、沙漠变成绿洲以后，下垫面有水可供蒸发，年实际蒸发量有望达到550mm左右，能增加一个数量级，其增量有望达到500mm左右（纬度相当的华北平原，年陆面蒸发量在550mm左右）。

华北平原是外流区，部分面雨量通过外流河输往大海，这说明下垫面大部分时间水分供应充足，少量时间水分供应不足。陆面的年实际蒸发量主要受当地太阳辐射的影响，也就是主要受纬度的影响，很少受下垫面水分供应不足的影响。因此，向华北平原跨流域调水以后，当地的年实际蒸发量增加的绝对值很小，不可能出现大幅增加、成倍增加的情况。年实际蒸发量的增量可能只有50mm左右，即大约只有西北内流区超深盆地年实际蒸发量的增量的十分之一。

3 跨流域调水影响年实际蒸发量，再由它去影响空中水汽参数的大小

3.1年实际蒸发量的增量对空中水汽参数增加的影响

下垫面蒸散的水分增加，致使空中水汽增加。下垫面年实际蒸发量的增量越大，空中水汽及其水汽参数的增量越大；反之，下垫面年实际蒸发量的增量越小，空中水汽及其水汽参数的增量越小。按《本地的陆面蒸发对大南疆盆地空中水汽含量的贡献和推论,三论……》^[2]（以下简称《三论》）数学模型的研究成果，当受水区面积为169万Km²，本地蒸发水分增量的折算厚度每天都是q时，所有方格的水分蒸发致使A方格空中水汽含量总共增加6.5q。因为华北平原年实际蒸发量的增量大约只有西北内流区超深盆地年实际蒸发量的增量的十分之一，再考虑到两个受水区面积的不同，所以，华北平原空中水汽含量的增量肯定不到西北内流区超深盆地空中水汽含量的增量的十分之一，要小一个数量级。

3.2 调水规模和受水区面积对空中水汽参数增加的影响

由《三论》^[2]的研究可知，“研究方格蒸发的水汽不但能增加本方格的空中水汽含量，也能增加附近其它方格的空中水汽含量，研究方格蒸发水汽对附近方格空中水汽含量的贡献与距离有关，距离越近贡献越大，距离越远贡献越小；不但要看到本地蒸发的水汽随风飘向其它地方，也要看到其它地方蒸发的水汽随风飘向本地。”本地与外地是相对的，研究区域的面积越大，下垫面蒸发水汽随风飘出本地的可能性越小；反之亦然。如果调水规模和受水区的面积都比较小，那么，受水区蒸发的水汽随风飘出受水区的情况就很明显，而其它地方蒸发水汽的增量随风飘向受水区的可能性就很小，致使受水区空中水汽含量的增量很小，这种情况下，受水区调水增雨的效果就比较差。华北平原面积约30万Km²，与西北超深盆地相比，面积相对较小，可能就属于这种情况。

据《三论》的计算公式并按华北平原30万Km²范围内年实际蒸发量的增量都是50mm计算时，那本地蒸发水分增量的折算厚度q为每天50÷365=0.137mm，空中水汽含量的增量为W=05S^0.5q=0.5×30^0.5×0.137=0.38mm。再按多年平均降水量的拟合公式P=44.385(W-2.66)计算，降水量只能增加16.9mm。华北平原的年降水量在600mm左右，降水量的年际波动可能有100mm左右，因为跨流域调水增加的降水量小于降水量的波动范围，远远小于多年平均降水量，所以，跨流域调水导致华北平原多年平均降水量增加的情况，是很难察觉的。

本文按语中提到的“在美国俄克拉何马、科罗拉多、内布拉斯加州62000Km²土地上的灌溉，使得这些地区初夏的降水大约增加了10%”。该工程调水增雨效果比较明显的主要原因可能是跨流域调水以后年陆面蒸发量的增量、调水规模和受水区面积都比较大（整个宁夏回族自治区的面积为6.64万平方公里，以上受水区面积与整个宁夏的面积差不多）。全球已经建成的很多跨流域调水工程之所以调水增雨效果比较差，可能与年陆面蒸发量的增量、调水规模和受水区面积都比较小有关，对于调水增雨来说，受水区面积至少要有数万平方公里。

目标是彻底改变西北干旱少雨恶劣气候的跨流域调水工程，受水区包括整个西北，受水区面积约300万平方公里，大约是以上美国的受水区面积的50倍；调水规模为每年几百亿立方米，调水规模和受水区面积都是很大很大，这也是西北内流区超深盆地调水增雨效果可能非常显著的原因所在。

3.3 特大规模调水以后，南疆东疆等地空中水汽参数增量的估算

据《本地的水分蒸发对南疆东疆地面水汽压的贡献和推论》^[3]和《西北干旱区水循环方面的系统性负偏差和纠偏预期》^[4]的研究，特大规模调水沙漠变绿洲、长期并且大面积有水可供蒸发以后，南疆东疆多年平均地面水汽压有望增加3hPa。再按空中水汽含量W与地面水汽压e之间的拟合公式W=1.74e估算，那南疆东疆空中水汽含量的增量大约为5.22 mm。按《三论》^[2]直接估算法的研究结果，南疆东疆空中水汽含量的增量大约是6.3 mm。以上两个估算结果分别是第3.2节估算的华北平原空中水汽含量增量0.38mm的13.7倍和16.6倍。

4 跨流域调水影响年实际蒸发量和空中水汽参数，再由它们去影响年降水量

4.1 年降水量随着平均空中水汽存量增加而增加的快速增加阶段

由《中国各地平均降水量与空中水汽含量比值的研究》^[5]和《中国各地平均降水量与地面水汽压比值的研究》^[6]两篇姊妹篇的研究可知，年降水量随着空中水汽存量增加而增加的快速增加阶段是空中水汽含量W和地面水汽压e等水汽参数从低到高增加的起始阶段，也就是干旱地区向半湿润地区过渡的阶段。在这个阶段，随着空中水汽含量W和地面水汽压e的明显增加，水汽更新频率f和水汽更新假频f′快速增加、成倍增加，又因为由定义反推得出的年降水量计算公式是P=W·f和P=e·f′，所以，这个阶段年降水量P能够快速增加、成倍增加。西北内流区超深盆地是干旱地区，处于空中水汽含量W和地面水汽压e等从低到高增加的起始阶段，所以，西北的年降水量因为跨流域调水能成倍增加。

作为南水北调东线和中线工程受水区的华北平原，是半湿润区。半湿润区空中水汽含量W和地面水汽压e的增量很小，水汽更新频率f和水汽更新假频f′也不会随着空中水汽含量W和地面水汽压e的增加而快速增加、成倍增加，所以，华北平原的年降水量不会因为跨流域调水而大幅增加。

4.2 沙漠下垫面的减雨修正比例K₄随着下垫面植被的增加快速增加

由《降水量明显偏离它与空中水汽含量拟合直线的原因》^[7]和《降水量明显偏离它与地面水汽压拟合直线的原因》^[8]两篇姊妹篇的研究可知，沙漠下垫面有一个减雨修正比例K₄，干旱区综合修正比例只有0.33左右，它增加到1.0，降水量就能增加3倍。向西北跨流域调水沙漠变绿洲以后，空中水汽含量W和地面水汽压e都增加，减雨修正比例K₄成倍增加，所以，西北的降水量能成倍增加。

4.3 特大规模调水以后，西北未来降水量的预估

南疆东疆现状平均地面水汽压为6.6hPa。据《本地的水分蒸发对南疆东疆地面水汽压的贡献和推论》^[3]等研究，特大规模调水以后，平均地面水汽压有望增加3hPa达到9.6hPa左右。按拟合公式P=85.124(e－2.27)计算，多年平均降水量有望达到573mm左右。降水量成倍增加能得到第4.1节和第4.2节的印证。

据《初探新疆降水量大幅增加的直接原因和根本原因》^[9]研究，1961～2017年新疆本地水汽年产量增加了1000亿吨，平均地面水汽压增加0.6hPa，年面雨量增加950亿吨。根据地面水汽压的增量按比例推算，地面水汽压增加3hPa那新疆未来年面雨量能增加3÷0.6×950=4750亿吨；按未来年陆面实际蒸发量550mm计算，那新疆未来本地水汽年产量约165×10⁴×10⁶×0.55÷10⁸=9075亿吨，本地水汽年产量的增量大约是6500亿吨，再根据本地水汽年产量的增量按比例推算，那新疆未来年面雨量能增加6500÷1000×950=6175亿吨。本地水汽比外来水汽容易在本地变成降水的论点^[10]、以上数理统计成果、按比例推算的成果三者之间能相互印证。

5 小结

⑴内流区：保证本地的面雨量100%在内流区蒸发变成本地水汽。

⑵超深盆地：四周的巨型山脉对本地水汽有极大的约束和拦截作用。

⑶干旱区：蒸发能力极强，但当地没有水分、缺少水分可供蒸发，特大规模调水以后，干旱区年实际蒸发量（陆面蒸发量）的增量很大，年实际蒸发量的增量有望达到500mm左右；而华北平原年实际蒸发量的增量可能≤50mm。

⑷调水规模和受水区面积：特大规模调水，每年几百亿立方米；并且受水区包括整个西北，面积极大，约300万平方公里。

以上4点是向西北跨流域调水、特大规模调水，西北的降水量能大幅增加、成倍增加的主要原因；美国俄克拉何马、科罗拉多、内布拉斯加州的跨流域调水，因为受水区面积比较大等原因，致使当地初夏的降水大约增加了10%；因为华北平原是外流区、半湿润区，南水北调东线和中线工程致使当地实际蒸发量的增量、当地空中水汽参数的增量都很小，所以，该工程调水增雨的效果不明显。

参考文献

[1] 檀成龙,檀佳. 超深盆地四周的巨型山脉对本地水汽和外来水汽的影响截然相反，十五论……[J].预印本论文，必须先发表

[2] 檀成龙,檀佳. 本地的陆面蒸发对大南疆盆地空中水汽含量的贡献和推论,三论……[J].预印本论文，必须先发表

[3] 檀成龙,檀佳.本地的水分蒸发对南疆东疆地面水汽压的贡献和推论,一论…[J].预印本论文，必须先发表

[4] 檀成龙,檀佳. 西北干旱区水循环方面的系统性负偏差和纠偏预期 [J].预印本论文，必须先发表

[5] 檀成龙,檀佳. 中国各地平均降水量与空中水汽含量比值的研究 [J].预印本论文，必须先发表

[6] 檀成龙,檀佳. 中国各地平均降水量与地面水汽压比值的研究 [J].预印本论文，必须先发表

[7] 檀成龙,檀佳. 降水量明显偏离它与空中水汽含量拟合直线的原因 [J].预印本论文，必须先发表

[8] 檀成龙,檀佳. 降水量明显偏离它与地面水汽压拟合直线的原因 [J].预印本论文，必须先发表

[9] 檀成龙,檀佳. 初探新疆降水量大幅增加的直接原因和根本原因,十论…[J].预印本论文，必须先发表

[10] 檀成龙,檀佳. 在新疆变成降水的比率本地水汽是外来水汽的15倍,十六论…… [J].预印本论文，必须先发表

补充说明：

一、“南水北调工程规划最终调水规模448亿立方米，其中东线148亿立方米，中线130亿立方米，西线170亿立方米”。华北平原是南水北调东线和中线工程的受水区，东线和中线工程总的调水规模为每年278亿立方米。

在第3.2节中，按华北平原30万Km²范围内年实际蒸发量的增量都是50mm计算时（就是q=0.137mm╱d），空中水汽含量的增量为W=05S^0.5q=0.38mm，年降水量的增量为16.9mm。南水北调中线工程和东线工程自2014年通水以来，年调水量是逐步增加的，但与以上设计规模相比，目前的年实际调水量还有较大的差距（一些配套的工程尚未完成等原因引起）。跨流域调水以来，华北平原的地下水位在逐步回升，这说明远距离调来的部分南水还用于补充地下水，这一部分南水没有蒸发变成本地水汽，没有参与当地的水循环。

30万Km²范围内年实际蒸发量的增量都是50mm时，那每年增加的蒸发总量为30×10¹⁰×0.05÷10⁸=150亿立方米。在现在这个阶段，整个华北平原30万Km²范围内年实际蒸发量的增量可能小于50mm，所以，现阶段跨流域调水致使当地空中水汽含量增加的增量可能小于0.38mm，现阶段跨流域调水致使当地年降水量增加的增量可能小于16.9mm。随着南水北调中线工程和东线工程每年所调水量的逐步增加，未来年降水量增加的增量有望达到17mm左右。

二、按以上参考文献[9]，近年来新疆的年蒸发总量的增量为1000亿吨，所以蒸发厚度的增量为q=1000×10⁸×10³÷(166×10¹⁰)÷365=60.24÷365=0.165mm╱d。因此，空中水汽含量的增量为W=05S^0.5q=0.5×166^0.5×0.165=1.06mm。

由参考文献[9]可知，1961～2017年新疆地面水汽压的趋势增量为0.61hPa，按拟合公式W=1.74e计算，对应的空中水汽含量的增量为W=1.74×0.61=1.06mm。以上两种方法估算的结果能相互印证，这说明计算公式W=05S^0.5q比较可信。

（2023-01-15）不同的受水区“调水增雨”差别很大的原因分析.pdf

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