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跨流域调水驱动西北超深盆地气温年较差和降水量的正反馈变化

已有 564 次阅读 2021-8-17 08:33 |个人分类:博客导读和总论|系统分类:科研笔记

【按语】在上一篇博客中,有一张框图,名称是《跨流域调水驱动西北超深盆地调水增雨的作用过程》。我原来以为,这张框图简单易懂,是那种看一眼,就能辨别是否对错的观点认识。但博文发布以后返回的信息说明,我原来的那个认识错了,很多人不看好这张框图。这张框图是某文章的插图,为了增强框图的说服力,我对原来的文章进行了修改补充(框图也做了少量修改),现把修改以后的文章发布如下,请提宝贵意见。

 


跨流域调水驱动西北超深盆地气温年较差和降水量的正反馈变化

     

 

气温年较差是高中地理的教学内容,是指一年中月平均气温的最高值和最低值之差。

1 影响气温年较差的因素(请参阅《气温日较差、年较差的影响因素

1)地理纬度:气温年较差随纬度的升高而增大。这是因为随纬度的增高,太阳辐射能的年内变化增大(正午太阳高度及昼夜长短年内变化的幅度增大)。

  2)海陆分布:由于海陆热力特性不同,海洋的气温年较差小于陆地的气温年较差。当其它条件相同时,同一纬度的大陆地区距海洋越近,受海洋的影响越大,气温年较差越小;距海洋越远,受海洋的影响越小,气温年较差越大。一般情况下,温带海洋上气温年较差为11,大陆上气温年较差可达2060

3)宏观地形:一般情况下,高地小于凹地、谷地。海拔越高,气温年较差越小。

4)云雨气候:云雨多的地区小于云雨少的地区。

5)植被和下垫面土壤的情况:没有植被生长的地区大于有植被生长的地区;沙土大于粘土,干燥疏松土壤大于潮湿紧密土壤,旱地大于水田。

以上5个因素中,地理纬度、海陆分布和与海洋的距离、宏观地形地貌等是自然形成的,不受人为因素的控制;但人类通过跨流域调水、下垫面的浇水灌溉与蒸发等工程措施,可以影响云雨气候、植被和下垫面土壤的干湿情况。浇水灌溉等措施就能使干燥疏松土壤变成潮湿紧密土壤,也就是说人类通过工程措施能够影响气温年较差。

 

2 干燥疏松土壤变成潮湿紧密土壤以后,土壤的比热容C就能大幅增加、成倍增加

比热容C是指没有相变化和化学变化时,1kg均相物质温度升高1℃所需的热量。水的比热容为4.2 KJ/Kg·℃,干泥土的比热容为0.84 KJ/Kg·℃。水的比热容很大,是干泥土比热容的5倍。向西北调水、沙漠变绿洲以后,土壤的特性也会发生变化,干燥疏松土壤会变成潮湿紧密土壤,土壤的含水量大幅增加。干燥疏松土壤变成潮湿紧密土壤致使土壤的比热容C大幅增加、成倍增加,当吸收或者放出的热量相同时,土壤温度的变化明显变小。

 

3 跨流域调水沙漠变绿洲以后,对西北1月气温、7月气温和气温年较差的预测分析

3.1 西北夏季7月的平均气温应该能明显下降

一般情况下,春季和秋季的平均气温与年平均气温比较接近,冬季的平均气温明显低于年平均气温,夏季的平均气温明显大于年平均气温。1月的平均气温最低,7月的平均气温最高(少数地方8月的平均气温最高)。

⑴因为调水以后土壤的比热容大幅增加、成倍增加,所以,自春季向夏季演变过程中,春夏之间土壤的增温幅度大幅减少,致使7月土壤的平均温度下降。土壤温度下降促使近地面的气温下降,这是影响7月平均气温的第1股力量。

⑵夏季气温很高,水分蒸发的速率很快,向西北跨流域调水、沙漠变绿洲以后,因为下垫面有水可供蒸发,致使水分大量蒸发,又因为水的蒸发潜热很大(约等于2260 KJ/Kg,1Kg水的蒸发潜热与53.8 Kg液态水增加10℃的热量相等),所以,水分蒸发要从环境中大量吸收热量,促使夏季7月近地面气温的下降。这是影响7月平均气温的第2股力量。

⑶向西北调水沙漠变绿洲以后,夏季下垫面大量蒸发水分,致使大汽中的水汽增多,云彩增多,云彩遮挡太阳光导致气温下降。这是影响7月平均气温的第3股力量。

⑷向西北调水沙漠变绿洲以后,夏季下垫面大量蒸发水分,致使7月大汽中的水汽增多。水汽和二氧化碳能强烈吸收地面长波辐射,空中水汽越多,吸收的地面长波辐射越多,射向外太空的长波辐射越少,西北损耗的热量就越少,因此,水汽是温室气体,水汽相当于保温的被子,水汽增多促使7月近地面气温的上升。这是影响7月平均气温的第4股力量。

以上4股力量中,前3股力量促使近地面气温下降,而第4股力量促使近地面气温上升,前3股力量起主导地位,第4股力量只起次要作用,所以,向西北调水沙漠变绿洲以后,西北夏季7月的平均气温应该能明显下降。这是导致气温年较差变小的一个原因。

 

3.2 西北冬季1月的平均气温可能少量上升

⑴因为调水以后土壤的比热容大幅增加、成倍增加,所以,自秋季向冬季演变过程中,秋冬之间土壤的减温幅度大幅减少,致使1月土壤的平均温度上升。土壤温度上升促使近地面的气温上升,这是影响1月平均气温的第1股力量。

⑵冬季气温很低,水分蒸发的速率很慢,向西北调水、沙漠变绿洲以后,虽然冬季有水可供蒸发,但蒸发的水分非常有限,水分蒸发从环境中吸收的热量非常有限,所以,这只能是促使1月近地面气温下降的一股微弱力量。这是影响1月平均气温的第2股力量。

⑶向西北调水沙漠变绿洲以后,下垫面有水可供蒸发,但1月气温很低,水分蒸发的速率很慢,致使1月大汽中的水汽增加非常有限,大汽中云彩的增加非常有限,云彩遮挡太阳光导致气温下降的影响也非常有限。这是影响1月平均气温的第3股力量。

⑷向西北调水沙漠变绿洲以后,下垫面有水可供蒸发,致使1月大汽中的水汽增加。水汽和二氧化碳能强烈吸收地面长波辐射,空中水汽越多,吸收的地面长波辐射越多,射向外太空的长波辐射越少,西北损耗的热量就越少,因此,水汽是温室气体,水汽相当于保温的被子,水汽增多促使1月近地面气温的上升。这是影响1月平均气温的第4股力量。

以上4股力量中,第1股和第4股力量促使近地面气温上升,而第2股和第3股力量促使近地面气温下降,因为第2股和第3股力量比较微弱,所以,向西北调水沙漠变绿洲以后,西北冬季1月的平均气温可能少量上升。这是导致气温年较差变小的另一个原因。

 

3.3 西北的气温年较差应该能明显变小

一是有水浇灌沙漠变绿洲,裸地减少植被增多。二是有水浇灌,干燥疏松土壤变成潮湿紧密土壤,由第1节第⑸条可知,以上两点都能减小当地的气温年较差。三是沙漠变绿洲,下垫面蒸散的水汽增多,空中云雨增多,由第1节第⑷条可知,气温年较差变小。以上直接采用第1节的原理分析得到的结论与第3.1节和3.2节分析得到的结论能相互印证。

 

4 向西北特大规模调水沙漠变绿洲,当地降水量将大幅增加、成倍增加

一是有水浇灌、沙漠变绿洲,下垫面蒸发的水汽增多,空中水汽含量和地面水汽压增大,又因为年降水量与空中水汽含量和地面水汽压都是高度正相关,所以西北的年降水量增大;二是气温年较差变小、夏季气温明显下降,夏季降水要求达到的饱和水汽压下降,水汽变成降水的几率大幅增加。又因为夏季降水是全年降水的主要方面,所以,全年的降水量增大。

以上两点理由中,第1点是空中水汽增多,空中水汽含量和地面水汽压等明显增加;第2点是水汽成云致雨要求达到的水汽条件降低(夏季气温下降,对应的饱和水汽压下降,水汽成云致雨要求达到的饱和水汽压降低)。所以,受水区降水量能大幅增加、成倍增加。

 

5 西北气温年较差变小与降水量增加相互影响、相互促进

气温年较差变小、夏季气温下降,对应的饱和水汽压下降,有利于降水量的增加。反过来,降水量增多,有水浇灌植被,沙漠变绿洲,裸地减少植被增多,气温年较差就会变小。

 

6 调水增雨是一个正反馈的作用过程,正反馈效应的作用巨大,类似于高利贷、利滚利

向西北特大规模调水,西北的水资源增多。西北的水资源增多,有水浇灌下垫面的植被,生态环境好转;土壤也由干燥疏松变成潮湿紧密,土壤的比热容c也大幅增加。这样就会引发两个方面的变化,其一是蒸发产生的本地水汽增多,空中水汽含量W和地面水汽压e等变大;其二是气温年较差变小,夏季气温明显下降,夏季降水要求达到的饱和水汽压E下降,饱和差d = Ee变小。以上两个方面的变化都能促使当地的年降水量增大,它们共同作用,迫使当地的年降水量大幅增加。当地年降水量大幅增加,从而使得当地的水资源大幅增加。所以,整个过程是一个正反馈的作用过程,调水以后当地水资源和降水量增加,通过正反馈作用使得当地水资源和降水量不断增加;调水以后当地的气温年较差变小,通过正反馈使得当地气温年较差和夏季的饱和差d不断变小(当然这些都是有极限的变化)。

高利贷利滚利,最后结帐时,利息比本金还要大,甚至大几倍几十倍,能让人倾家荡产。向西北超深盆地跨流域调水,这些外来水源类似于高利贷的本金,在当地浇灌农作物,蒸发蒸腾为水汽,再在盆地四周山地变成地形雨、变成降水,这部分水资源相当于利息;在山地变成地形雨、变成降水的水资源再径流回到盆地中央,再浇灌农作物,再蒸发蒸腾为水汽,再在盆地四周山地变成地形雨、变成降水,这部分水资源就相当于利息的利息。所以,向超深盆地调水类似于高利贷利滚利,有“调水倍增效益”,绝对不能小看“利滚利”的巨大作用。因为正反馈效应的作用巨大,正反馈效应类似于高利贷利滚利,所以,特大规模调水以后,西北的降水量会大幅增加、成倍增加。调水增雨是一个正反馈的作用过程,正反馈效应的作用巨大,正反馈是理解跨流域调水能大幅增加、成倍增加西北降水量的关键一环。

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图1  跨流域调水驱动西北超深盆地调水增雨正反馈作用过程的框图


7 我国北方若干城市气温年较差的分析比较

根据19712000年累月平均气温,可做出表1。表中额济纳旗、乌鲁木齐和克拉玛依3个城市都位于北纬43.5度附近,纬度介于41.645.6°N;其余12个城市都位于北纬39度附近,纬度介于38.040.7°N

1中,鄂尔多斯及其以东6个城市气温年较差的情况是:天津、秦皇岛2个沿海城市的气温年较差≤29.5℃;位于华北平原的北京和石家庄海拔低、距离海洋较近,气温年较差≤29.9℃;大同和鄂尔多斯海拔1000多米,距离海洋远一些,气温年较差分别为30.6℃和31.5℃。以上6个城市气温年较差的平均值为29.9℃。

临河及其以西6个城市气温年较差的情况是:除喀什气温年较差为30.9℃以外,临河、敦煌、铁干里克、若羌、巴楚5个城市的气温年较差介于32.4℃~35.3℃之间。喀什气温年较差相对较小,可能与喀什的地理位置有关(东面的绿洲较多,西面为帕米尔高原)。以上6个城市气温年较差的平均值为33.4℃。

纬度较大的3个城市气温年较差的情况是:额济纳旗、乌鲁木齐、克拉玛依的气温年较差介于36.3℃~43.3℃之间。其中,额济纳旗距离海洋近一些、纬度也低一些,按理气温年较差要小一些,但当地多年平均降水量仅35.3mm,比乌鲁木齐和克拉玛依都小、被大片沙漠包围,所以气温年较差不是最小。以上3个城市气温年较差的平均值为39.1℃。

 

8 初估特大规模调水对西北气温年较差、夏季气温和水汽凝结时饱和水汽压的影响

人们夏天进入森林,马上就会感到凉爽,气温较低,空气潮湿。向西北特大规模调水、沙漠变绿洲以后,生态环境好转,那么当地气温年较差和夏季气温会怎样变化呢?

由第1至第6节的定性分析可知,特大规模调水以后西北的气温年较差会变小。由第7节的分析计算可知,鄂尔多斯及其以东6个城市气温年较差平均为29.9℃,临河及其以西6个城市气温年较差平均为33.4℃,后6个城市比前6个城市气温年较差大3.5;纬度较大的额济纳旗、乌鲁木齐和克拉玛依3个城市气温年较差的平均值为39.1℃,该值较临河以西6个城市的平均值33.4℃大5.7℃,较鄂尔多斯以东6个城市的平均值29.9℃大9.2℃。参照以上数据,特大规模调水沙漠变绿洲以后,西北气温年较差估计能减小4℃左右。

1北纬39度附近12个城市中,天津、秦皇岛、北京、石家庄4个城市的海拔比较低,其余8个城市的海拔相对较大,彼此之间的相对高差也比较小。在剩余的8个城市中,大同和鄂尔多斯最高月平均气温分别是22.0℃和21.0℃,平均值21.5℃;临河以西6个城市最高月平均气温介于24.1℃~27.5℃,平均值25.8℃,比大同和鄂尔多斯的平均值大4.3

水的蒸发潜热很大,向西北特大规模调水沙漠变绿洲以后,蒸发的水分增加,水分蒸发吸收大量热量,夏季气温必然下降。据以上气温年较差和最高月平均气温的分析,再加上土壤温度的下降,特大规模调水沙漠变绿洲以后,西北夏季最高月平均气温估计至少下降2

气温25℃时的饱和水汽压为31.69hpa,气温23℃时的饱和水汽压为28.104hpa,即气温下降2℃,饱和水汽压下降到原值的88.7%

气温20℃时的饱和水汽压为23.388hpa,气温18℃时的饱和水汽压为20.644hpa,即气温下降2℃,饱和水汽压下降到原值的88.3%

由以上计算可知,气温下降2℃,水汽凝结要达到的饱和水汽压至少下降百分之十几。

 

北纬39度附近和北疆若干城市气温年较差的计算表

(由19712000年累月平均气温汇总计算)

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9 分析特大规模调水对西北年降水量的影响

超深盆地调水增雨是一个正反馈的作用过程。以新疆为例,现状多年平均面雨量约2800亿吨,扣除径流到国外的地表水,年蒸发产生2500多亿吨本地水汽。如果新疆166万平方公里大地都有水分可供蒸发,按年实际蒸发量500mm计算,则一年蒸发产生的本地水汽就能达到8000多亿吨,那本地水汽的数量就是现状的3倍多。所以,特大规模调水沙漠变绿洲以后,新疆的空中水汽含量和地面水汽压必然明显增加。

又因为特大规模调水以后,西北的气温年较差会减少,夏季最高月平均气温估计至少下降2℃,夏季水汽凝结要达到的饱和水汽压至少下降百分之十几。向西北特大规模调水沙漠全部变成绿洲以后,地面水汽压明显增加,而水汽凝结要达到的饱和水汽压至少下降百分之十几,所以,西北的年降水量能大幅增加、成倍增加,具体数据有待专门研究,有关“超深盆地调水增雨”论文中一些定量分析有参考价值。

 

 

网址https://preprint.nstl.gov.cn/preprint/main.html?action=showFile&id=2c929e867aea8d6f017b517619840064

http://preprint.nstl.gov.cn/preprint/main.html?action=showFile&id=8a8b8a986853f4ff0168a382867a00cc


(2021年)跨流域调水驱动西北气温年较差和降水量的正反馈变化.doc




http://wap.sciencenet.cn/blog-1458267-1300130.html

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