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物极必反和旱去涝来：把握西南旱区的蓄水时机
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物极必反和旱去涝来：把握西南旱区的蓄水时机
杨学祥，杨冬红
新浪网2004年转载南方某家报纸的消息，内容为美国专家预测2010年中国南部地区的将发生特大干旱，持续有整整10年，而中国北方将水患不断。去年入秋以来，我国西南大部分地区干旱少雨，旱情不断加重，特别是今年以来，旱灾呈现持续时间长、干旱面积大、影响程度重的特点，部分地区遭受了六十年甚至百年一遇的特大旱情。云南、四川、贵州、广西、重庆五省市受到了不同程度的影响。正如美国专家所预测，2010年，中国南部果然遇到了特大干旱。那会不会也如预测所说，将持续整整10年呢？
北京大学大气科学系钱维宏教授最近对这个问题有一个明确的答复：美国有一个报告，讲到全世界未来气候的分布，对国家安全的影响，其中提到了中国南北的干湿的转变问题。我想写报告的这些人肯定也是看过好多文献，才能把这个事情总结出来，说不定有些信息也来自于中国科学家发表的一些文章。不是美国科学家个人预期发表文章，也得有一些组织和一些人做归列工作，我想美国国防部找的公司可能具有了这样的做法和能力，有这样的人组织这个事了[1]。
气候预测专家赵振国在2004年提出了30年气温周期理论。根据这一理论，在未来的5到10年间，受海温、副热带高压、厄尔尼诺现象和拉尼娜现象等气候因素的共同影响下，我国气候将发生周期性的转折。从一个30年的“暖周期”进入另一个30年的“冷周期”，这主要表现在冬季温度的逐渐下降，而我国持续“暖冬”现象也可能得到转变。此外，气候周期的转折也会带来降水带的北移，北方雨水少而南方雨水多的现象将会有360度的变化，北方降水增多，南方降水减少，目前我国“北旱南涝”的局面会被“北涝南旱”所替代[2]。这一预测正在变为现实。
根据地球的轨道周期，任振球研究员指出，2020年冬至时日地距离达到60年周期中的最大值，2010-2030年地球处于冷周期，正像1946-1976年地球处于冷周期一样[3]。极端冷事件频发不仅是周期论者的警告，也得到全球变暖论者的认同。
著名气象学家汤懋苍的地热涡理论曾受到国际气象界的关注，在富集地热的地区，有地下水源则含水热气生成巨量云层，降雨充沛，如雅鲁藏布江大峡谷的墨脱地区；缺水则干燥热气蒸腾，烘烤尽土壤水分，造成赤地千里，其前提条件是长期无降水，所形成的干旱称为构造干旱[6，7]。无降水的干旱为地表缺水的表层干旱，称为气象干旱，一旦有了降水就会得到缓解。而构造干旱是地下缺水的深度干旱，即使有少量降水也无法缓解。构造干旱的特点是面积大，范围广，时间长，与地热带、构造带和地震带分布和地震周期有关。
能产生降水再循环的不仅有陆地植物的蒸发作用，还有热点和构造活动的释热释气作用。雅鲁藏布江“大峡弯”是地球强构造活动的热点，也是全球降水量最多，热带森林纬度最高的气候变化启动区[6，7]。热点和构造活动对气候的影响有两个方面，其一是增大温度梯度加强大气对流，其二是把地下水和地幔水带到大气参加降水循环，对比马宗晋等给出的20世纪中国大陆及邻区五个地震活动幕的时空分布[8]和高庆华等给出的20世纪中国七大江河流域严重洪涝灾害发生年份[9]，可以明显看到地震活动与特大洪涝灾害之间的对应关系。对比全球地震带，沙漠带，构造活动带和水系分布图可以发现，沙漠区主要分布在无地震，少水系、构造相对稳定的地台和地盾，如撒哈拉大沙漠、阿拉伯半岛和澳大利亚西部[10，11]。
由此可见，热点和构造活动的释热释气是降水再循环不可忽视的一个环节。地热不仅能造成干旱，而且能造成洪涝。沙漠区主要分布在无地震，少水系、构造相对稳定的地台和地盾，表明地热在降水过程中的不可替代作用。旱震理论讨论的干旱与地震关系，指的是构造干旱与地震的关系，其认定和发展对预测干旱和预测地震均有重要的实践意义。
目前中国西南干旱主要发生在青藏高原东部边界四川盆地和云贵高原的构造活动地区，是构造干旱和气象干旱叠加的结果，简单的人工降雨不能从根本上解决问题，人们必须做好长期抗旱的准备。2004年美国GBN报告预测“中国南部地区在2010年前后将发生持续整整10年的特大干旱。2010年以后，中国北方水患不断，南方一片干旱”，这不是空穴来风。
干旱的周期可能与地震的周期有关。据最新研究，地震会发生连锁反应，一场地震可能是千里之外的另一场地震的原因。美国地震学家分析了近20年发生在南加州的数以千计的地震中余震的数据后，得出地震波可激发地震这一结论。他们的研究可能改变了关于以前余震发生原因的预测[12，13]。
美国地质学家发现，1990年以来，15次7级以上的大地震中，12个产生表面波（即地震波沿地表或地球内部界面迅速向远方传递），在其他大洲的断层系统上引发了较小型地震。美国地质勘探局的专家帕森斯解释说，科学家早就知道强震的表面波会迅速向远方传递，不过他们此前认为这些所谓的表面波移动引发地震只是特例，但让人惊讶的是，这种地震一直在发生[12]。
这些沿着地表或地球内部界面游走的地震波被称为面波，经过遥远的距离后也未缩小的原因在于地球表面是球面：在震中同一半球传播时是扩散，在另一半球是集中。地震波在传播过程中的能量密度变化，与单位时间扩散的大圆周长C成反比。设地震的总能量为Q，能量密度为δ，穿过的面积为S=Cl = 2πRlsinφ，l为单位弧长，R为地球半径，则有
δ= Q/S = Q/ (Cl) = Q/ (2πRlsinφ) (1)
其中，圆心角φ为震中和地心连线与大圆上任一点和地心连线的夹角。同样，在球壳中点源喷射造成的球面对流，也会有扩散、集中、返回的震荡过程（见图1和图2）。
由（1）式可知，在φ= 0和φ= π时，能量密度δ为无穷大，在φ= π/2时，即经过地表最大圆时，能量密度δ最小。这就是说，假定地震波能量在传播中无损耗，震中的地心对称点处的能量密度最大。该公式表明，能量密度δ在震中同一半球中，随震中与地心连线的长度增加而减少；在震中的另一半球，能量密度δ随震中与地心连线延长线的长度增加而增加。
举例来说，2004年12月发生在印尼苏门答腊外海的强震，就在遥远的阿拉斯加、加州与厄瓜多尔引发了地震。厄瓜多尔（西经80，南纬0）恰恰就是印尼苏门答腊（东经100，南纬0）的地心对称点。这是一个很有说服力的解释。点源激发在球面上的震荡和对流对余震和强降水都存在激发作用（见图1和图2）。
图1 点源激发震荡在球面上的能量密度变化(杨冬红，2009)
2003年23日22时左右，“重庆井喷”发生。井喷事故压井方案的实施时间从26日上午推迟到27日上午10时。整个井喷事件历时84小时，大约17.5至21百万立方米石油天然气喷入大气中，其环境效应不仅仅是硫化氢中毒。据气象部门提供的消息，2004年9月2至5日，川东北地区的达州、南充、巴中等市普降暴雨，多数地方降雨量超过100毫米，这次降雨是今年以来四川境内雨量最大、强度最强、持续时间最长的一次。其中，达州市渠县累计降雨量已超过360毫米，是百年一遇的特大暴雨。开县受灾最为严重——惨遭200年一遇特大暴雨洪灾，部分地区为500年一遇。 由此看来，
图2 点源喷发在球壳中的部分对流(杨冬红，2009)
图3 点源喷发在球壳中的整体对流(杨冬红，2009)
潮汐震荡的特点是，在地球和月亮的中心连线上，面对月亮的地球球面上的点及其地心对称点的潮汐最大，与点源激发在球面上的震荡特征相同。这是潮汐易于激发地震活动的一个原因。本文在这里只是提出问题，并不是严格的论证。证据在于更多资料的积累[14，15]。
严重旱涝可能起源于强震、强火山喷发、强井喷、强地下气体喷发产生大气环流的周期效应，短周期是大气的部分对流，长周期是大气的整体对流，天文因素具有周期性反复的控制作用。
气候预测专家赵振国在2004年提出的30年的“暖周期”与30年的“冷周期”交替变化的理论以及“北旱南涝”与“北涝南旱”交替变化的理论语拉马德雷（亦称太平洋十年涛动，英文缩写PDO）冷暖位相变化准60年周期一一对应[16]。
从长期变化的角度而言，在洪涝周期大量蓄水是解决干旱时期用水短缺的最好时机；相反，在洪涝时期排水抗洪是导致干旱时期严重缺水的根本原因。
在自然界的旱涝循环中，雨期把大陆变成到处是沼泽湖泊，地下水也得到最大限度的补充。旱期到来的时候，动植物就可以靠丰富的地表水和地下水来维持生存，直到下一个雨期。人到来之后，与淡水争夺生存空间。旱期排水造田减少了陆地蓄水面积，雨期为保护农田则修堤筑坝，让淡水沿江河白白流回大海。久而久之，地表水被排尽，地下水被抽干，它们都得不到自然的补充而失去流动与自净化能力。水草肥美的草原最终变为沙漠。自然界是生涝以备旱，人类是排涝以生旱。违反自然规律必然受到自然的惩罚。不仅撒哈拉地区是这样，中国的沙漠随都城的东迁而东迁，埃塞俄比亚首都随土地沙漠化和干旱而八次南迁，都表明人类活动加剧了土地沙漠化。其主要原因是大面积热带雨林、地表水和地下水遭到严重破坏，使植被失去了生存的基础。要恢复自然界的旱涝平衡，就必须给人类生存必需的物质—淡水、空气和其它生物留有足够的存在空间，如中国目前实行的退田还湖、退田还林措施[17-19]。
在“南涝北旱”时期在南方大量蓄水并引水北流，在“南旱北涝”时期在北方大量蓄水并引水南流，这是顺应自然规律利用自然资源最有效的方法。水利工程的最大效益就是根据自然的旱涝循环，调节调度水资源的合理利用，宏观解决旱涝交替发生的灾害问题。
在抗击西南干旱的同时，注意预防短期的和长期的洪涝灾害也应该提到议事日程。凡事预则立，不预则废。头痛医头，脚痛医脚，拆了东墙补西墙，解决了燃眉之急，毁了百年大计，这是智者所不为之事。
我们在2004年5月指出，我们必须改变与水源争地的旧观念，利用一切可能的空间蓄水保水，特别注重利用沙漠、沼泽、湿地等闲置空间蓄水，在人与水相互依存中求得发展。只有在地表和地下储备足够的水，才能实行旱涝灾害的人工调控[20]。
我们在2005年1月指出，在中国北方的干旱时期，远距离南水北调是解决北方缺水问题的唯一方法。中国气候由南涝北旱向南旱北涝转型给解决中国北方缺水问题带来不能错过的百年机遇，它不仅能解除中国北方近30年的旱灾威胁，而且为30年后的另一次南涝北旱提供全新的解决方案：全面扩大北方的地表和地下蓄水。退田还湖，恢复湿地，回灌地下水，将洪涝时期的淡水储存起来，应对干旱时期的淡水危机[21]。
洪涝灾害本身也有利有弊，即在人类蒙受巨大的生命财产损失的同时，大陆也得到充分的地上水和地下水的补充。近30年，中国北方洪涝灾害的减少与干旱灾害的加重是并行的。恢复自然的生态平衡，扩大地表和地下蓄水空间，蓄存洪涝时期的淡水来应对干旱时期的淡水危机，才能从根本上改变人类与水争夺存在空间的矛盾[21]。
参考文献
1. 北大教授钱维宏:西南干旱与海洋升温有关。
2. 我国气候将发生转折 北涝南旱将取代南涝北旱。
3. 任振球. 当代气候变暖若干问题商榷. 见: 丁一汇主编,中国的气候变化与气候影响研究. 北京: 气象出版社.1997.43-48.
4. 杨冬红 , 杨学祥. 潮汐和地震对全球气候变化的影响. 沙漠与绿洲气象。2007，1（4）：5-12。
5. 杨学祥。气象干旱和构造干旱。发表于
6. 杨学祥. 气候波动、沙漠化与人类知识结构.. 中国学术期刊文摘（科技快报）. 2000，6（8）： 1003~1005
7. 汤懋苍，钟大赉，李文华等.雅鲁藏布江“大峡湾”是地球热点的证据.中国科学，D辑，1998，28（5）：463~468
8. 马宗晋，杜品仁. 现今地壳运动问题. 北京：地质出版社. 1995，99~102
9. 高庆华，张业成，张春山. 论我国洪涝灾害不断加剧的地质环境因素. 见：邓乃恭，雷伟志主编. 大陆构造及陆内变形暨第六届全国地质力学学术讨论会论文集北京：地质出版社. 1999，180~184
10. 杨学祥，陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震. 2000，20（3）
11. 杨学祥. 全球变暖、构造运动与沙漠化. 地壳形变与地震. 2001, 21（1）：15~23
12. 赵刚。余震发生原因有新说法：或跨半个地球。来源：青年参考 发布时间：2008-6-4 10:20:1科学网。http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2008/6/207495.html
13. Naomi Lubick (柯江华/译,曾少立,杨光/校). 埋藏的地震锁链[J]. 科学(Scientific American Chinese Edition). 2003, (5):10-11.
14. 杨学祥，杨冬红. 面波在球面上传播时的能量密度变化：由逐渐变小到逐渐变大. 发表于2008-6-19 20:44:51科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=29687
15. 杨学祥。地震波的球面传播图示：点源激发震荡在球面上的能量密度变化。发表于 2010-3-28 5:01:00科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=306746
16. 杨学祥，杨冬红。 高度关注国家的气候安全：气象灾害正在发生。发表于 2010-3-26 15:38:18 科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=306431
17. 杨学祥. 土地沙漠化——全球性环境问题. 科学新闻周刊. 2000,（46）：18
18. 杨学祥. 气候波动周期、沙漠化与人类知识结构. 中国学术期刊文摘, 2000,6（8）：1003~1005
19. 杨学祥. 全球变暖、构造运动与沙漠化. 地壳形变与地震. 2001, 21（1）：15~23
20. 杨学祥。中国水危机的源头与根治方法。 2004/5/29 12:22:00 光明网博客。http://blog.gmw.cn/u/466/archives/2004/4756.html
21. 杨学祥，杨冬红 解决中国北方干旱问题的百年机遇 ：关注南涝北旱向南旱北涝转型——合理利用大自然的旱涝转换规律。 2005/1/31 13:17:00 光明网博客。http://blog.gmw.cn/u/466/archives/2005/6834.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-306754.html
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