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给“喜马拉雅山炸个大口子”真能行?

视知TV 10-28 1

以下文章来源于中科院之声 ,作者魏科

本文经授权转载自中科院之声(ID:zkyzswx),未经授权禁止转载

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。

太长不看版:

1、给喜马拉雅山开大口子的提议,曾经被包括科学家在内的各界认真讨论过;

2、给喜马拉雅山开大口子并不能显著增加西北降雨;

3、撼山易,撼大气环流难。大气环流受整体青藏高原影响,开口子并不会从根本上改变环流,除非把青藏高原彻底挖掉;

4、目前给喜马拉雅山开大口的提议不是科学问题,已是著名娱乐段子

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。供图:高登义

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。

▲在高原中部区域开一个大口子,在口子内部南侧有降水增加,北侧降水减少。图片来自于陈红等(2001)

▲在高原中部区域开一个大口子所对应的大气低层(850hPa)风场变化,在口子内部南侧有向北的风矢量,在通道北侧有向南的风矢量。图片来自于陈红等(2001)

由于第一组数值试验讨论的是天气个例,有可能并不能反映 " 开口子 " 之后的长期气候影响,因此他们又做了第二组数值试验。

这组数值试验的模拟时间比较长,包括了 1998 年整个 6-7 月份,比较而言第二组数值试验设想的 " 工程 " 更为合理一点,至少没有从孟加拉湾开始往北挖(毕竟这可是其他国家)。

第二组试验假设从我国国境线开始往北挖,其中试验设计宽度为 1000 公里,把海拔 4000 米以上全部挖掉,挖到青藏高原北侧,长度约 800 公里。

这工程量比上一组实验小了很多,仅仅只是苏伊士运河工程量的…… 70 万倍而已,是三峡大坝开挖土石方量(1.5 亿方)的 500 多万倍。

在打开这样一个通道之后,通道中部地区降水有所增加,月增幅约为 50-200 毫米。

但是通道中心以外并无变化,尤其是通道入口和出口区域降水都减少了,高原北侧的西北地区降水几乎没有变化,新疆干旱的沙漠地区的降水并没有增加

打开通道之后,虽然有来自中南半岛的水汽顺通道向北输送,但是在高寒的高原地区,很快形成降水,并不能输送到西北区域。

西北区域受到整个青藏高原的影响,处于下沉的气流中,这种下沉气流并不利于形成降水。

在打开通道之后,对下沉运动几乎没有影响,说明打开通道这样一种地形的 " 小 " 范围改变,并不能从根本上改变高原四周大环境的大气环流,塔里木盆地上空依然是明显的下沉气流。

只要下沉气流存在,就难于形成降水。

3. 天然的水汽通道——雅鲁藏布江大峡谷

喜马拉雅山脉虽然高耸入云,但却不是宏观地理上的分水岭。

喜马拉雅山北侧的冈底斯山脉才是内陆水系和印度洋水系真正的分水岭,有数条河流从北向南穿越喜马拉雅山脉(马甲藏布 - 格尔纳利河、朋曲 - 阿润河、朗钦藏布 - 萨特莱杰河、雅鲁藏布江 - 布拉马普特拉河等),在山体中切割出一道道深邃的峡谷(普兰、樟木、陈塘、亚东等地)。

这些河谷是喜马拉雅山脉上真实存在的一个个 " 大口子 ",其中最著名的大口子即为雅鲁藏布江大峡,具体考察这些大口子的气候可以评估 " 开口子 " 的气候影响。

▲有数条河流从北向南穿越喜马拉雅山脉(马甲藏布 - 格尔纳利河、朋曲 - 阿润河、朗钦藏布 - 萨特累季河、雅鲁藏布江 - 布拉马普特拉河等),在山体中切割出一道道深邃的峡谷(普兰、樟木、陈塘、亚东等地)

从印度洋来的暖湿空气,在西南季风的推动下,尤其是当高原南侧发展强烈的天气过程时,沿着喜马拉雅山南麓游走向北推进,在一个个河谷的豁口处蜂拥而入,沿着河谷逆流而上。

然而河谷蜿蜒曲折不断升高,水汽在河谷中遭遇一个个地形阻挡,反复抬升形成区域性降水,逐渐变干并失去前进的动能,因此这一个个的水汽通道可以造就沿河谷的区域性的绿洲和湿润的气候,却无法到达藏北地区。

以最大的河谷雅鲁藏布江大峡谷为例,雅鲁藏布江大峡谷是世界第一大峡谷,全长 504.6 千米,最深处 6009 米,平均深度 2268 米,这个大峡谷劈开喜马拉雅山,提供一个巨大的通道,使得来自印度洋的水汽可以源源不断向北输送水汽,使青藏高原东南部由此成为一片绿色世界。

1985 年和 1987 年,高登义等分别在《山地研究》《中国科学》上发表文章,指出沿着布拉马普特拉河—雅鲁藏布江河谷逆江而上的水汽输送是沿青藏高原向腹地输送水汽的最大通道。

其输送水汽强度相当于夏季从长江南岸向北岸输送的水汽,这条水汽通道不仅改变了青藏高原东南部的自然环境,而且改变了藏民族的历史发展。

但即使是世界第一的大峡谷,其影响的范围也仅限藏东南的局部区域。

降水沿着水汽输送带往北往西的衰减比较快,从南迦巴瓦峰南侧开始,往北和往西不到 400 公里,在经过崇山峻岭的层层脱水之后,降水量就迅速从 4000 多毫米降低到 500 毫米左右,而这距离西北还很遥远。

▲青藏高原四周向高原腹地水汽输送示意图,在雅鲁藏布江大拐弯处有向西北方向的强劲的水汽输送,但依然无法突破高原的崇山峻岭。图片来源高登义等(1985)

▲雄伟壮丽的雅鲁藏布大峡谷,供图:高登义

▲沿雅鲁藏布大峡谷形成一条湿舌向西北伸展,图片来源高登义等(1985)

在《中国山地环境气象学》中,高登义专门讨论了把雅鲁藏布大峡谷进一步改造的气候影响。

结论表明,即使把雅鲁藏布大峡谷扩大到 100 千米宽,并在大峡谷口附近的林芝到那曲之间改造斜坡,考虑到水汽在上升过程中的凝结降落以及气流的逐渐衰减,即使选用西南季风强劲的时段进行模拟计算,那曲地区的降水仅增加 20% 左右,不足以产生根本性的变化。

实际上制约雅鲁藏布江大峡谷水汽通道的水汽继续向北输送的要素里,与青藏高原地形相关的大尺度大气环流最为重要。

即使改变地形使畅通的通道存在,也得有强劲的气流驱动才行。

就像跑步比赛一样,不管赛道多好,运动员得力争上游往前冲才有成绩。

而大尺度气流与青藏高原整体的地形密切相关,除非把青藏高原主体挖掉,否则大尺度环流并不会发生根本的变化。

所以,撼山易,撼动大气环流难!

4. 想法很丰满,现实很骨感

喜马拉雅山脉不是一道墙,而是由群山组成的山脉,青藏高原也不是一个大平原,而是存在一道道的山脉和复杂的地形。

来自南边印度洋的暖湿空气受到重重阻挡,在高原附近形成绕流,将水汽输送到我国东部地区。

每一座山就是一个超级脱水机,即使有气流攀爬能力超强,也会在爬升过程经历多重脱水,最终成为干燥的空气,并不能将水汽带到内陆地区。

在自然面前,人们目前所能做的,是认识自然,遵循自然规律做事情,与自然和谐相处。任何大项目,先做科学评估,总没有坏处。

作者 | 魏科

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THE END

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