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《超深盆地调水增雨初步研究》第5章的小结说明

已有 1432 次阅读 2024-7-13 16:25 |个人分类:调水增雨观点|系统分类:论文交流

本章预印本论文《初探新疆降水量大幅增加的直接原因和根本原因,十论……》以下简称《十论》，《青藏高原和中蒙干旱区特别是新疆降水变化的原因研究,十一论……》以下简称《十一论》，其余依此类推。

1 冰川超支“跨时间调水”驱动新疆逐步变湿的客观事实和因果逻辑

1.1 近50多年来新疆逐步变湿的客观事实

新疆降水量大幅增加。据《新疆空中水资源及面雨量变化特征分析》项目的简单介绍，新疆区域面雨量一元线性拟合公式为y =17.292x +2316.4，拟合公式少量外延并按拟合公式计算，1961年，x=1，y=17.292+2316.4=2333.692；2017年，x=57，y=985.64+2316.4=3302.04；1961～2017面雨量总的趋势增量为17.292×56=968亿吨／年。所以，上世纪60年代初新疆面雨量约2330亿吨／年，目前新疆面雨量约3280亿吨／年，面雨量总的增量约950亿吨／年，增幅950÷2330=40.8%。

新疆上空水汽变多了。第一，地面水汽压变大了。据《十论》的研究，新疆15个国际交换站1962～2012年和1961～2017年平均地面水汽压呈增加趋势，分别增加0.55hPa和0.61hPa。

第二，不同高度的比湿都变大了。由《1958~2005中国高空大气比湿变化》（大气科学,2014,38⑴）的图4可知，新疆上空850hpa、500hpa、300hpa比湿都呈增加趋势；由该文表3可知，西北1970~2005年对流层低层的比湿线性变化趋势为0.11gKg^-1/10a，明显大于其它4个区；“区域差异显示对流层中下层西北区比湿上升最为明显，长江流域和华南区上升幅度较小”。

第三，相对湿度无明显变化趋势。据新疆维吾尔自治区气象局对《1961~2016年新疆年平均相对湿度距平变化》的研究，“1961~2016年，新疆年平均相对湿度无显著线性变化趋势。1987年之前以偏低为主，1987~2005年以偏高为主，2005~2015年持续偏低。1993年年平均相对湿度为57.5%，是1961年以来最高年；2014年为50.3%，是1961年以来最低年。2016年，新疆年平均相对湿度为55%，较常年偏高0.5%”。

第四，空中水汽含量变大了。①新疆上空850hpa、500hpa、300hpa比湿都呈增加趋势，按空中水汽含量计算方法，空中水汽含量增加了；②地面水汽压变大了，按空中水汽含量与地面水汽压的关系，空中水汽含量增加了；③新疆年平均相对湿度无显著线性变化趋势，气温明显上升，所以，新疆的空中水汽含量增加了；④据《近50年中国西北变湿原因获揭示》和《大气所揭示近50年中国西北地区变湿原因》介绍，“大气中的水汽含量升高”；⑤新疆大部分地方为内流区，降水迟早要蒸发变成本地水汽，本地水汽年产量由50多年前大约2100亿吨／年增加到现在3100亿吨／年（面雨量与冰川超支融水之和，减去国际河流的径流净输出），增量高达1000亿吨／年（本地水汽的增量近似等于新疆面雨量的增量950亿吨／年，再加上冰川超支融水50亿吨／年），这些水汽进入新疆上空必然增加当地的空中水汽含量。

沙漠变小绿洲面积成倍增加，蒸发产生的本地水汽大幅增加。据《新疆绿洲面积50余年间扩大近一倍》，新疆的绿洲面积已由1950年的4万Km²扩大到2006年的7.07万 Km²。据2015年08月03日《新疆绿洲面积已从4.3%增至9.7%》报道：“记者近日从中国科学院新疆阿克苏农田生态系统国家野外科学观测研究站（简称阿克苏站）了解到，经过科学的沙漠化治理，我国新疆地区的绿洲面积已从1950年的4.3%增长到9.7%。新疆地区已经将‘沙逼人退’的局面，扭转为“人进沙退”，实现了人类对于大自然的完美‘逆袭’”。绿洲面积的一些具体变化可参阅《塔里木河四源区耕地时空演变的驱动分析》（干旱区研究，2016）。新疆沙漠变小绿洲变大，年蒸发产生的本地水汽由50多年前大约2100亿吨／年增加到现在3100亿吨／年，增量1000亿吨／年(大约相当于两条黄河的径流量)，绝对不是一个小数，本地水汽增量对新疆降水量大幅增加的贡献，不能视而不见，必须认真对待、认真研究。

1.2 本地水汽、空中水汽和降水量三者之间的正反馈良性水循环或者恶性水循环

内流区降水100%在内流区蒸发变成本地水汽，所以，图1中第①步演变真实存在。

近几十年来，新疆沙漠变小绿洲变大，蒸发产生的本地水汽大幅增加，增量高达1000亿吨／年左右，致使新疆上空水汽变多，这符合大众理解的常理，得到了客观事实的验证，也符合前期研究成果的认识（详见下垫面蒸发产生的本地水汽对空中水汽含量、地面水汽压和相对湿度的贡献），所以，图1中第②步演变真实存在。

空中水汽变多，相变成雨的几率变大，降水量变大，这符合大众理解的常理，得到了客观事实的验证，也符合前期数理统计研究成果的认识（降水量与空中水汽含量、地面水汽压、相对湿度、地面比湿等都是高度正相关），所以，图1中第③步演变也真实存在。

新疆本地水汽、空中水汽、降水量三者之间的演变路径构成了环形通道（可称为西北内流区超深盆地的水循环三角形，简称水循环三角形），环状演变、环环相扣，三者之间能形成湿盆地的良性水循环，也能形成干盆地的恶性水循环，应该想方设法把干盆地的恶性水循环变成湿盆地的良性水循环。

图1 冰川超支“跨时间调水”驱动新疆逐步变湿的事实和逻辑框图

1.3 内流区超深盆地良性水循环的驱动因子

随着全球变暖，近年来冰川超支融化的报道很多，但对新疆每年冰川超支融水数量的研究很少，《十一论》根据《1961～2006年塔里木河流域冰川融水变化及其对径流的影响》研究，粗估塔里木河流域多年平均冰川超支融水为32.5亿吨，整个新疆多年平均冰川超支融水为50亿吨左右。根据中国科学院新疆生态与地理研究所陈亚宁及其团队的研究，《气候变暖致天山区域水储量年递减逾22亿立方米》。虽然以上两份文献估算的冰川超支融水(跨时间调水)差别较大，但属于同一个数量级，暂按每年50亿吨估算。

据《十四论》的研究，青藏高原隆起致使西北变干的宏观趋势没有停止，至今仍在持续进行中，西北水分入不敷出、总水量(即总的存量水)不断减少，生态环境总体波动式变差。在宏观趋势“西北进一步变干”和中蒙干旱半干旱区“总体暖干化”的大背景下，如果没有冰川超支“跨时间调水”，那新疆等地按理应该“进一步变干”、没有理由像现在这样反而逐步变湿，年降水量按理应该小幅减少、没有理由像现在这样反而大幅增加；有了冰川超支“跨时间调水”，这些冰川超支融水流到盆地底部浇灌绿洲，致使盆地蒸发产生的本地水汽变多，从而引起本地水汽、空中水汽、降水量三者之间的良性水循环，致使新疆等地气候暖干变暖湿，降水量大幅增加。所以，冰川超支“跨时间调水”是新疆逐步变湿和西北内流区超深盆地良性水循环的驱动因子。没有驱动因子，就没有新疆逐步变湿的客观现实。

1.4 西北超深盆地逐步变湿、恶性水循环变成良性水循环过程中，降水量能成倍增加

据前期数理统计的研究成果，中国各地多年平均降水量随地面水汽压变化的拟合改进公式为P=85.124K₁K₂K₃K₄K₅（e-2.27），对西北超深盆地来说，K₂=1，K₅=1，降水量的拟合改进公式为P=85.124K₁K₃K₄（e-2.27）。干盆地恶性水循环时，下垫面沙漠广泛分布，沙漠下垫面减雨修正比例K₄很小，地面水汽压e较小，有效地面水汽压e－2.27很小，所以年降水量很小；湿盆地良性水循环时，下垫面没有沙漠，沙漠下垫面减雨修正比例K₄较大近似于1，地面水汽压e较大，有效地面水汽压e－2.27较大，所以年降水量较大。干盆地变成湿盆地过程中，年降水量能快速增加成倍增加，原因有以下两点，第一，干盆地沙漠下垫面减雨修正比例K₄很小，致使干盆地的综合修正比例很小，例如，天山以南干盆地的综合修正比例仅为0.034～0.202，天山以北干盆地的综合修正比例也只有0.221～0.735（详见前期研究成果《降水量明显偏离它与地面水汽压拟合直线的原因》的表4），综合修正比例很小说明增长潜力很大，干盆地变成湿盆地过程中，沙漠下垫面减雨修正比例K₄快速增加成倍增加，沙漠下垫面减雨修正比例的变化比率 K₄_湿／K₄_干快速增加成倍增加，致使超深盆地的综合修正比例快速增加成倍增加；第二，干盆地变成湿盆地过程中，地面水汽压e增加，无效地面水汽压2.27不变，增加的地面水汽压都是有效地面水汽压，干盆地地面水汽压e比较小，有效地面水汽压e－2.27很小，有效地面水汽压变化的比率(e_湿－2.27) ／ (e_干－2.27)大于地面水汽压变化比率e_湿／ e_干，致使有效地面水汽压e－2.27增加的幅度比较大。

柴达木盆地恶性水循环，盆地底部柴达木沙漠年降水量25mm左右，青海湖盆地良性水循环，盆地底部年降水量约400mm，两个盆地年降水量相差很大。近几十年来新疆逐步变湿，绿洲面积成倍增加，新疆年面雨量由上世纪60年代初约2330亿吨增加到现在约3280亿吨，增量高达950亿吨，新疆年面雨量可用快速增加大幅增加来描述；图1中，驱动新疆逐步变湿的驱动因子是平均每年冰川超支“跨时间调水”约50亿吨，按此类推，如果跨流域调水的规模是每年100亿吨、200亿吨的话，那新疆降水量增加的速率应该更快更大。以上两个客观实事也证明干盆地变成湿盆地过程中，年降水量能快速增加成倍增加。

2 第5章5篇研究论文的小结说明

⑴、《十论》在研究新疆各地同一地点不同年份气象参数的年际变化时发现，新疆本地水汽、空中水汽和年降水量(面雨量)三者之间的演变路径构成了水循环三角形，三者之间环状演变，环环相扣，《新疆水循环三角形中三者之间环状演变和互为因果的框图》成立。通过理性质疑和分析讨论得到了新疆区域当年水汽对当年降水影响的推断结论：本地水汽年产量Q _bd和外来水汽年输入总量Q _in分别是新疆年面雨量P_m的主要和次要影响因子, 年平均地面水汽压e和相对湿度U都不是新疆年降水量的主要影响因子（与传统认识截然相反，已初步证实待彻底证实）。新疆不同年份降水量与水汽参数的一元和二元拟合研究成果表面上是“负面成果”，但它反而是支持以上推断结论的证据，所以，它在一定程度上证实了以上推断结论，但它没有彻底证实。这篇文章还找到了彻底证实以上推断结论的研究思路和研究方法，研究思路对科研极其重要，深化研究有望彻底证实以上推断结论。新疆近几十年来降水量大幅增加的直接原因（表面原因）是本地水汽年产量的大幅增加，根本原因是冰川超支融化、正反馈和良性水循环的长期作用，冰川超支融化是驱动因子，没有驱动因子就没有正反馈的良性水循环，正反馈的良性水循环相当于功率放大器，驱动因子、正反馈和良性水循环的共同作用、长期作用导致新疆降水量（面雨量）的大幅增加。

⑵、《十一论》根据中蒙干旱半干旱区和青藏高原50多年的气候变化，从正反两个方面证明内流区冰川超支和正反馈良性水循环致使降水增加的因果逻辑成立（气温地温上升→→冰川超支融化→→水资源增加绿洲面积变大,蒸发产生的本地水汽增加→→空中水汽增多,空中水汽多少的量化参数地面水汽压、空中水汽含量、相对湿度等增大→→降水量增大,并通过正反馈促使绿洲面积、蒸发产生的本地水汽和降水量良性循环）。以上因果逻辑详见图1、《十论》的图4和《十一论》的图1等框图，以上因果逻辑和逻辑框图各有优点，前者能用文本表述，后者简洁直观。50多年来新疆等地降水量大幅增加是当地高山冰川超支融化和正反馈良性水循环长期作用的结果，冰川超支融化是当地良性水循环的驱动因子，正反馈良性水循环相当于当地降水量大幅增加的功率放大器。没有正反馈良性水循环的放大作用，新疆年降水总量（年面雨量）的增量不可能高达950亿吨。内流区冰川超支和正反馈良性水循环致使降水增加的因果逻辑和逻辑框图证明气候变化驱动因子和正反馈良性水循环的作用很大，本地水汽对超深盆地降水的作用很大。

⑶、《十二论》根据西北内流区历史上宏观气候的分析讨论（即讨论分析气温与降水之间的关系），进一步证明内流区冰川超支和正反馈良性水循环致使降水增加的因果逻辑和逻辑框图成立，气候变化驱动因子和正反馈良性水循环的作用很大，本地水汽对超深盆地降水的作用很大。

⑷、柴达木盆地的本地水汽、空中水汽、降水量三者之间恶性水循环，当地干旱少雨是恶性水循环作用的结果；青海湖盆地的本地水汽、空中水汽、降水量三者之间良性水循环，当地相对湿润多雨是良性水循环作用的结果。青海湖水量流失“跨时间调水”是青海湖盆地良性水循环的驱动因子。两个盆地气候环境很大区别的根本原因是柴达木盆地没有良性水循环的驱动因子，青海湖盆地有良性水循环的驱动因子。《十三论》进一步证明内流区冰川超支和正反馈良性水循环致使降水增加的因果逻辑和逻辑框图成立，气候变化驱动因子和正反馈良性水循环的作用很大，本地水汽对超深盆地降水的作用很大。

⑸、青藏高原隆起阻塞印度洋季风北上，已有几千年、几万年甚至更长历史的宏观趋势西北变干没有停止、至今仍在持续进行中，致使西北水分入不敷出、总水量不断减少，近几十年来中蒙干旱半干旱区“总体暖干化”，在如此巨大背景下冰川超支退缩跨时间调水仍然换来了有现代冰川的西北西部“局地暖湿化”、仍然换来了西北西部近几十年来降水量的大幅增加。《十四论》进一步证明内流区冰川超支和正反馈良性水循环致使降水增加的因果逻辑和逻辑框图成立，气候变化驱动因子和正反馈良性水循环的作用很大，本地水汽对超深盆地降水的作用很大。

3 第5章客观气候实事的原因解释与后续论文的理论探索能够相互印证

后续研究《十五论》证明超深盆地四周的巨型山脉强力约束和拦截本地水汽，致使本地水汽很难逃出超深盆地，致使本地水汽在超深盆地斜盆山地变成降水的比例高达75%左右；本地水汽还能浮获沉底外来水汽使其变成浮获降水。《十六论》证明本地水汽自地面开始向上运动趋近外来水汽平均海拔的过程中，较大数量（大约一半）的本地水汽将冷凝析出变成降水，低海拔的本地水汽比高海拔的外来水汽容易在本地变成降水，《在新疆变成降水的比率本地水汽是外来水汽的15倍》，本地水汽对超深盆地降水的作用很大。图1中第④步演变是第②步和第③步演变的综合汇总，由本地水汽直达降水量。后续研究《十七论》的数学建模的分析揭示，西北超深盆地新增的本地水汽的返回率β＞90%在95%左右的可能性很大（图1中新疆实际计算值为95%）。所以，数理统计成果、本章客观事实的原因解释与后续论文的理论探索三者能够相互印证。

4 在西北变湿原因解释方面，百家争鸣以后的研究结论

由图1可知，西北降水量显著增加的直接原因是由空中水汽的明显增加引起的（从方框B到方框C），而空中水汽的明显增加是由下垫面的本地蒸发水汽大幅增加引起的（从方框A到方框B），本地蒸发水汽大幅增加又是由冰川超支融化“跨时间调水”和正反馈良性水循环的长期作用引起的（从方框D到方框A，和从方框C到方框A）。

由《西北降水量显著增加原因解释的百家争鸣》可知，近几十年来西北降水量显著增加的第1个与第3个原因解释在主要原因上取得了共识（即大气中水汽含量明显升高致使新疆等地降水量大幅增加），在次要原因上有分歧，两者差别不大，没有本质区别。这就间接证明：本章第一部分有关西北近几十年来降水量显著增加的“一家之言”的论点，不是信口开河、胡说八道的产物，可信度很大，值得专家学者的讨论和重视。