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魏科:给“喜马拉雅山炸个大口子”真能行?

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1998年雅鲁藏布江大峡谷科学探险活动在科学家、探险家、登山家、媒体和商业赞助的推动下顺利进行,中科院大气所高登义研究员担任队长,人大副委员长王光英为考察队授旗,中央电视台首次实现全程穿越的实时转播。

自从开始写科普文章后,笔者经常被各种“令人震惊的事实”和“你所不知道的真相”轰炸。这不,前脚解释完西北地区的干湿变化问题,马上又有人提问:“给喜马拉雅山炸开大口子能否造就西北鱼米之乡?”信息时代,网络上各种消息众说纷纭,其中一些只是博君一笑的段子,一些是人们出于对改变世界的美好期望。事实上大多数人想到的问题,科学家们都琢磨过,有些也已经有了结论。今天我们就来好好唠一唠“给喜马拉雅山开大口子”这件事。

1.做现代版愚公——企业家、科学家都提过给喜马拉雅山开口子的提议

喜马拉雅山平均海拔高达6000米,是世界上最高大雄伟的山脉,从最西端的南迦-帕尔巴特峰(海拔8125米)到最东端的南迦巴瓦峰(海拔7782米),绵延2450公里,南北宽200-350km,包括了40座海拔7000米以上的高峰、10座8000米以上的高峰,以及世界最高峰珠穆朗玛峰(岩面高8844.43米)。

喜马拉雅山脉昂首天外,形成一道极难逾越的天然屏障。喜马拉雅山南麓有世界最强的降雨中心,其中印度梅加拉亚邦的玛坞西卢和乞拉朋齐年均降水量超过11000毫米,乞拉朋齐还曾创下年降水量26000多毫米的世界纪录。而喜马拉雅山北侧降水量却只有200-500毫米,不足南侧的1/10,部分地区降水甚至仅有50毫米,形成寒冷干旱的高寒荒漠气候,青藏高原北侧的塔克拉玛干沙漠是亚洲内陆最为干旱的区域。

水汽隔高山,高山不可平。人们在内陆望洋兴叹:要是印度洋的暖湿气流能越过喜马拉雅山脉,到达青藏高原甚至西北荒漠多好啊。90年代初,有领导人曾提到过,“有人建议,把喜马拉雅山炸开50公里,降低2000米高度,形成一个豁口,把印度洋的暖流引导向西北,使西北变成降雨区。”

确实,当时不少“风云人物”都琢磨过这事,包括叱咤商界的企业家牟其中先生。这位创造了用被单、袜子、罐头等800多集装箱轻工业品换回4架苏联图-154飞机的风云企业家在1997年提出大胆设想,要将喜马拉雅山脉炸开一道50公里的口子,让印度洋暖湿气流北上进入中国干燥的大西北,从而从根本上改变大西北气候,变成新的大粮仓!

1997年,冯小刚等一干导演拜会牟其中先生时,在座谈会中彻底被这个炸开喜马拉雅山的想法折服,按捺不住兴奋,把这个桥段引入到了电影《不见不散》中,借葛优的嘴把这惊世设想告诉了观众:“这是喜马拉雅山脉,这是中国的青藏高原,这是尼泊尔。山脉的南坡缓缓的伸向印度洋,受印度洋暖湿气流的影响,尼泊尔王国气候湿润,四季如春。而山脉的北麓陡降,终年积雪,再加上深陷大陆的中部,远离太平洋,所以自然气候十分的恶劣……如果我们把喜马拉雅山炸开一道,甭多了,50多公里宽的口子,世界屋脊还留着,把印度洋的暖风引到我们这里来。试想一下,那我们美丽的青藏高原从此摘掉落后的帽子不算,还得变出多少个鱼米之乡?”

1998年,中国科学探险队在高登义等科学家率领下徒步穿越雅鲁藏布大峡谷,探险活动得到新闻媒体的广泛宣传,普及了有关雅鲁藏布大峡谷水汽通道的作用。这引起了我国两位科学泰斗钱学森和钱伟长先生的关注,他们联名几位政协委员致函国家领导人,大胆建议,可否扩大雅鲁藏布大峡谷通道,增加向青藏高原腹地的水汽输送量,以缓解我国西北干旱状况。

为了考察这个问题,他们向另外一位气象界泰斗叶笃正先生电话求证,并希望得到叶先生支持。由于高登义1987年在《中国科学》上发表过题为“雅鲁藏布江水汽通道初探”的论文,叶笃正先生向高登义当面交代:要认真按照两位科学家提议的思路进行分析和研究。

高登义的研究表明,即使把雅鲁藏布大峡谷扩大到100千米宽,并从大峡谷口到我国三江源地区改变地形为斜坡,选取历史上最强盛的西南季风年,水汽输送也不能到达青海三江源地区。水汽在沿途就会凝结降落,根本到达不了长江和黄河源头,更无法缓解我国西北干旱状况,从气象条件和地形条件来看,通过河谷来输送水汽的设想不符合实际。叶笃正老师把高登义等的论文结论转告两位科学泰斗后,学术界再也没有人再提这个话题了。虽然科学的世界没有了“给喜马拉雅山开口子”的身影,但社会中还不断存在着关于它的传说。

2.核心的科学问题:整体大气环流难以改变

给喜马拉雅山开大口子当然涉及到工程问题,但是在“基建狂魔”面前,这“似乎”并不是最核心的困难。真正的问题在于开口子能否达到所期望的目标,即能否把水汽输送到西北地区,使得西北降水增多。

大气中水汽的分布受到自然规律影响,单位质量的空气中最多能容纳的水汽含量受克拉伯龙-克劳修斯方程(Clausius-Clapeyron方程)约束。其中最重要的影响因子为温度,简单来说,大气温度越高,越能容纳更多的水汽,大气温度越低,所能容纳的水汽量越低。

大气温度分布水平方向由热带向两极递减;垂直方向,对流层里高度越高温度越低,每升高1公里温度降低6℃,因此大气中水汽量随高度增加迅速减少,水汽主要存在于近地面3公里以下的层次。在4000米以上,大气中的比湿降低至地面附近的1/3以下,再考虑高层空气密度也低于低层,所以海拔4000米以上相同体积空气内的水汽量只有平原地区的1/5以下。

全球水汽分布特点:热带多两极少,水汽主要集中在3公里以下

暖空气在遇到高山进行爬升的时候,会存在不断的“脱水”过程。空气抬升遇冷,成云致雨,到了山顶的时候,空气中水汽含量大量减少。下山时温度增加,形成干热的气流,称作“焚风”。因此一般在山脉的迎风坡会形成大规模降水中心,背风一面形成干热河谷。

空气遭遇地形抬升遇冷并成云致雨并不需要特别高的山峰。例如夏季带来雷阵雨、冰雹等强对流天气的云顶高度只有400-1000米,带来持续性降雨的雨层云高度仅为600-2000米,即使形成降雨的最高的高层云,云底高度也仅2500-4000米。

我国地形分布西高东低,主要为三级阶梯地形。第一阶梯为平均海拔4000米直达云霄的青藏高原;第二阶梯为黄土高原、云贵高原、内蒙古高原等区域;第三级阶梯为东部的平原地区,东北平原、华北平原、长江中下游平原等区域。因此从东南向西北输送的暖湿气流,经过路途中一层层山脉阻挡,不断脱水变得干燥。华南地区年降水量可达1200毫米,翻越南岭和武夷山到达长江流域降水约为1000毫米,翻越太行山脉和吕梁山进入陕西境内,降水量就降低为500-700毫米。损失至此,气流还从来没有越过海拔超过3000米的山脉,五岳里最高的华山南峰最高仅2154.9米,还不到青藏高原的“半山腰”。

从印度洋来的暖湿气流要越过青藏高原影响西北干旱区,要越过平均海拔6000米的喜马拉雅山、冈底斯山脉、唐古拉山脉、巴颜喀拉山脉、昆仑山脉、阿尔金山脉,基本没有可能,即使到达了西北,在翻越重重山脉中也会被彻底“脱水”变干。

沿东经85°E的7月平均大气比湿分布,青藏高原以北的塔克拉玛干沙漠地区,比湿与青藏高原南侧5000米左右高空相当

为了彻底评估“给喜马拉雅山炸开大口子”后可能的气候影响,2000年左右,曾庆存院士与赵思雄研究员,指导陈红和孙建华做了两组数值试验,实验中设计的工程量之浩大令人咂舌。比如在第一组数值试验里,假定在高原不同区域开一个宽度约300公里,长度4000公里,深度直达海平面的大口子,这规模是苏伊士运河(工程10年,埃及12万民工为之献身,长度约190公里,宽度约300米,深度约20米)宽度的1000倍,长度的20多倍,深度的300倍左右,工程量至少是其的100万倍。分别把大口子设在高原东部(98~101°E)、中部(95~98°E)和西部(89~92°E),模拟的时段是1998年的5个暴雨个例。模拟表明,在打开通道之后,通道内部南侧水汽自南向北输送增强,降水量增多。但是在通道北侧,自北向南的干空气也增强,导致通道北侧区域降水减少,并未见我国西北区域水汽的增加,反倒是来自孟加拉湾向我国东部的水汽输送减少,我国东南部地区降水减少。之所以在高原北侧并未见水汽增加,主要是整个青藏高原主体还存在,高原北侧以下沉气流为主,通道打开之后,并不能影响高原附近的气流,因此并未能改善西北地区的降水。

责任编辑: 李广松  来源:中科院之声 转载请注明作者、出处並保持完整。

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