发现：天山北坡水分循环一个线性关系

张学文，2016/1/14  

新疆的吐鲁番、塔里木、准噶尔都是沙漠的代名词。但是新疆也是著名的天山的所在地。而高大，漫长的天山却是数百条河流的发源地。在国境外的西天山发育的河水养育了咸海，伊犁河水则维持着巴尔克什湖。人类则在天山南北开发了大片的农田。其水源就是天山山区的降水。于是一些学者把天山称为沙漠中的湿岛。

大气围着地球在流动着，它为什么不肯在中亚、新疆多撒落一些雨雪而仅对天山情有独钟？

也许天山特别高，特别长就是答案。

去年在檀成龙的带动下，我把年平均降水量与空中的含水量的比值用于体现水分循环平均每年在当地的水分循环次数。并且给出了我国各地年平均的水分循环次数的分布图http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-931156.html  。指出在全球平均的年水分循环次数大约是40次的水平，而我国东南部比全球平均值要多一些。当时主要关心全国的情况而没有细分析天山的情况。但是后来也单独分析了天山北坡剖面上的情况，发现了“天山剖面的水分循环周期与高度的幂律关系”（见后）。由于周期的倒数就是次数（每年水分循环多少次），昨天我注意到该博客中给的公式(h,x分布代表海拔高度，（米）和水分循环一次的平均天数)。

h=12548/x^0.9972

而这个公式的变量x的幂值十分接近于1.所以这个幂律十分接近它的特例：双曲线函数。这样我们如果转一下思路，把水分循环一次的平均天数，改为一年的水分循环平均次数，那么公式就变成了海拔高度h与每年平均的水分循环次数n是线性函数关系了。

是这样吗？我做了海拔高度与水分循环平均每年次数的相关图如下

大家可以看到5个气象站的数据几乎都在一条直线上，其R平方值是0.9836.这说明在天山附近（乌鲁木齐附近的天山北坡，但是还把吐鲁番的资料一并处理了）平均的每年水分循环次数随当地的天山的高度的增加而线性增加。

在气象学上这可以理解为没有天山空中水汽在这里很难形成降水，有了山，其水分循环就在当地加快了。水分循环的次数与山体的高度是直线关系（天山北坡）。

注意到全球的水分循环平均次数是每年40次，而天山北坡的海拔1600米时就已经达到了世界平均值，高于这个高度的部分，其水分循环快与全球平均值。

这也许是天山湿岛的一种气象机理了。

这里的题外话是：如果你打算改进新疆气候而向新疆调水，那么调水以增加水汽并且由此形成降水增加的效果，就应当以向天山北坡的1600米以上的区域调水最有效果。反之，把水调到海拔低的地方效果很差。

下面是与上面的图对应的有关数据（图中利用了最后2列的数据）。

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下面是我在去年9月的博客

幂律：天山剖面的水分循环周期与高度的幂律关系

张学文,2015/9/24 次文如引用请注明出处

我们已经把空中水分循环一周所需要的时间(周期)的分析从全球平均9-10天逐步具体到中国http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2024&do=blog&id=920098和新疆http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2024&do=blog&id=922824, 这里则突出分析天山的乌鲁木齐附近剖面上的水分循环周期天数与海拔高度的关系。我们发现它们竟然很好地符合幂律！

下面是我收集的该剖面上气象站的有关数据（30年平均）

下面是根据这四个气象站数据分析的海拔高度与水分循环周期天数的相关图好配的理论公式。分析显示它很好地满足幂律，并且是其中的双曲线函数（0.9972很接近1,而1时是双曲线）。

我们看到在准噶尔盆地底部水分循环一次平均要一个月，乌鲁木齐大约是半个月，而中山带的小渠子只有6天。而接近天山顶处的水分循环变成了4天左右，它比全球平均值快了1倍多。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-923054.html