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在今日的中国与世界气象、水文研究领域,所谓蒸发悖论成了看似非常简单但却疑云重重的重量级问题之一。因为蒸发是水文循环的重要环节,人类迄今,对于降水的这位伴侣(一来一往,既互济,又接力)却所知甚少,一头雾水。人类认识到降水全赖蒸发之赐也是近代的发现。
简单说来,蒸发悖论是指:在当前全球气温增加显著的情况下,人们预计,增暖可能会导致蒸发增加,使得水循环加速。但目前的研究结果却表明,在过去的50年,全球许多地区蒸发皿蒸发都表现为稳定的下降趋势。在北半球,如美国、前苏联、印度、意大利、中国、委内瑞拉;在南半球,如澳大利亚、新西兰等,上述地区蒸发皿蒸发都存在着明显下降趋势,这似乎与人们所预想的蒸发增加相悖。
1998年,《Nature》(396, 30,5 November 1998)发表的《Hydrologic cycle explains the evaporation paradox》(W. Brutsaert & M. B. Parlange)指出:“The evaporation of water, measured using evaporation pans, has been decreasing in the past few decades over large areas with different climates. The common interpretation is that the trend is related to increasing cloudiness, and that it provides an indication of decreasing potential evaporation and a decreasing terrestrial evaporation component in the hydrologic cycle. Here we show that, although these studies are valuable, pan evaporation has not been used correctly as an indicator of climate change.”
河海大学陆桂华老师等撰著的《水文循环过程及定量预报》也讨论了“蒸发悖论”问题,并指出:“其实,蒸发皿蒸发只是有限水面(蒸发皿)的自由蒸发,严格意义上它是代表一个地区接受太阳能量多少的指标,而不能代表水分变化,这一点在干旱和半干旱地区体现的尤为明显。而陆地表面的实际蒸发才是衡量水分变化的客观变量,两者有联系但不能相互替代。到底蒸发皿蒸发量与实际蒸发量之间存在一种什么样的关系呢?1998年W. Brutsaert和M. B. Parlange指出,如果广泛观测到的蒸发皿蒸发量的下降代表着实际蒸发量的下降,那么下降的实际蒸发量和上升的陆地降水之间就出现了难以解释的矛盾。基于此,他们提出了另外一种观点,考虑到蒸发皿蒸发和实际蒸发之间在观测方式上的区别,引入了互补关系来解释下降的蒸发皿蒸发量是上升的实际蒸散发指示因子的假设,这就解决了上面提到的上升的陆地降水和下降的实际蒸散发之间的矛盾。这个假设随后被Lawrimore和Peterson、Golubev等,以及Walter等使用美国和苏联的资料进行了验证。”
网搜之下发现,清华大学丛振涛老师已完成了自然科学基金青年基金《“蒸发悖论”的规律、机理与响应研究》。从清华的丛老师网页介绍看:“(他)在水文循环方面,分析“蒸发悖论”规律与机理,基于Budyko假设探讨我国主要流域降水、蒸发、径流等水文要素的演变规律。”可以判断,丛老师还是以假设(Budyko假设)来证明假设(蒸发悖论假设)。当然,在真相未明之前,进行各种探索都是有意义的。
不过,我对于笼统、含糊的“蒸发悖论”说法颇有微词。明明是蒸发皿,主要是小型蒸发皿的怪异迹象,却冠以大而无当、以偏盖全的“蒸发悖论”。英文中比较常见的说法是pan evaporation paradox,当然也有径自称作evaporation paradox的。
尽管目前习用“蒸发悖论”,我直觉或下意识地常看作“蒸发谬论”。因为小型蒸发皿并不是蒸发的当然代表,它的代表资格屡受质疑。故此,蒸发皿悖论戴不上蒸发悖论的大帽子。 幸好还有同道,刘波、马柱国等在《地理学报》2008年第11期发表的《1960年以来新疆地区蒸发皿蒸发与实际蒸发之间的关系》中也将英文的Evaporation paradox译作“蒸发谬误”。我有些赞同此文的判断(也是W. Brutsaert和M. B. Parlange的假设),即实际蒸发量与小型蒸发皿蒸发量成反比,所谓的蒸发悖论并不存在,所谓的悖论只是蒸发皿详谬。
《1960年以来新疆地区蒸发皿蒸发与实际蒸发之间的关系》中介绍了当前国际上关于蒸发变化的三种主要观点。
写作本文的起因是读了《干旱区资源与环境》2012年04期发表的《气候变化对黄河源区水资源的影响及未来趋势预估》(作者:刘彩红、苏文将、杨延华)。该文称:“结果表明:近49a间,源区气温呈波动上升态势;蒸发量显著增大;近49a年来,由于气温的持续上升导致径流蒸散发损耗超过降水量的补给作用,源区流量总体呈减少趋势,但近几年随着降水量的增加而有所回升。”该文值得注意的内容是:1.作者在黄河源区未发现所谓蒸发悖论(需要注意:此文介绍,蒸发量计算采用了高桥浩一郎公式进行了调整);2.作者否定了一般认为的气候变暖会在较长时期内加强寒冷冰冻区融雪径流量的推断。
我想,除了作为“实际蒸发”代言人似乎不太靠谱或背道而驰的小皿蒸发器外,大型蒸发器或其他蒸发手段为什么失声呢?看似简单的蒸发观测为什么成为世界难题呢?撇开定量不谈,定性层面的、过去式的或增或减竟无法定论,令人感慨。
我认为(我对蒸发没有研究,未作蒸发历史考证),W. Brutsaert和M. B. Parlange的假设似乎是革命性的、颠覆性的,如果属实,它可能全盘改变了人们对于蒸发的一些认识。长期以来,水面蒸发加上因地制宜的折算系数作为实际蒸发,实际蒸发与水面蒸发呈同步变化已是教科书上的定论。它对于气象学、水文学的影响与启示可能是深远的。
标题写作“猜想”,是因为Brutsaert和M. B. Parlange的假设并未受到公认与大量实际情形的检验,有待进一步证实。至于为什么小皿蒸发量与实际蒸发量的变化相反,也需要从物理机理上给出更加令人信服的演绎。
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