鲁教版高中地理必修一第二单元第3节《水圈与水循环》素材

1、.“空中调水的天河工程：如何利用“空中河流来调水？须臾千秋 清华大学土木工程博士五千年来，困扰中华民族开展的最重大难题是什么？没错，就是水。在这片大地上，水资源的分布在时间和空间上都极度不均。在我们的农耕核心区黄河流域，旱灾与涝灾交替发生。从五千年前的大禹治水开场，中国人民就始终在与水做着斗争，而那些带着人们兴修水利、治理水患的人也都被奉为了民族英雄。直到如今，在黑河腾冲线以西以北，有中国近60%的国土却只支撑了6%的人口和5%的GDP，归根结底还在于水资源的约束。中国最珍贵的水利遗产之一都江堰假如能将中国南方充足的水资源调到干旱的北方和西部，既可以减轻南方的洪涝，又可以缓解北方的缺水困境，让

2、世上多出无数的鱼米之乡。为此，从新中国建国以来，我们就提出了著名的举国工程“南水北调。这项旷世工程总投资超过2500亿元，土石方总量16亿立方米，其中一期工程每年可以为北京输送10.5亿立方米的水。南水北调固然有效地缓解了北方的缺水困境，但是相比起调水量而言，工程的投资实在太过于宏大。一千多公里的线路，中间要经过几次人为的水头抬升，还要经过特殊的引水隧道穿越黄河。这当中的任何一个步骤出了点岔子，调水工程都会受到影响。一地上调水不容易，可以考虑从天上调正是考虑到陆地输水的本钱高、效率低，中国著名水利工程专家王光谦院士提出了“天河工程：既然陆地调水难，能否考虑天上调水呢？大气中水蒸气的流动是整个水

3、循环的重要组成部分，它的径流量不可小视。每年输入中国的水汽总量大约为20万亿立方米，远大于降水总量和地表径流量。假如能将这部分水输送利用起来，无异于是利用了一条天然的“空中运河来实现南水北调，简直是一本万利。水循环示意图乍看起来，空气中的水汽分布很分散，不容易利用。但实际上，大气中存在与其它区域相较而言水汽通量更高的区域，它们的存在与多种行星尺度大气环流有关，同时也会受到部分气候环境的影响。例如，中国的长江、黄河、澜沧江三江源区就存在三条输入的水汽输送带。这些输送带内部水汽非常密集，在特定的气象条件诱导下就可以在特定位置形成降水，这样就形成了一次空中的水分调运。这样的条带状水汽输送带被科学家们

4、称为“对流层河流或“大气河流。这一依靠大气层中的“对流层河流来进展水分运输的设想看起来非常天才。但实际上，天空河流施行起来可没有那么容易。原来，变化多端的大气环境毕竟不同于稳定的地表。这些高通量条带的发生、开展和衰亡都与中小尺度的天气过程存在明显的关系。众所周知，气象系统是一类典型的“混沌问题，一只蝴蝶煽动一下翅膀，在大气系统奇妙的作用下，就可能在一周后引发一场飓风。研究说明，这些“大气河流的平均寿命只有20小时，它们随时都可能因为未知的、细小的气候变化而发生改变。然而，假如想要进展调水作业，那就必须维持一个比较稳定的水量，这样的输水才有意义，否那么仍然是旱涝不定，靠天吃饭。也正因为如此，对于

5、“大气河流的研究和利用始终无法深化。那么，终究如何才能利用起这些“朝生暮死的空中小河呢？二调水必须水量稳定，需要借助统计学手段完成尽管这些空中小河变化多端，具有很强的随机性，但它们的时空分布同时也具有一定的规律性。统计学家们发现，水汽高通量条带在某些区域上具有稳定的高度重合特性。将这些高通量条带看作一个系统的话，就可以计算出它们的分布及演化规律。全球高通量水汽带打一个简单的比方，就像是一条不稳定的河流，它的河道经常发生改变，但持续的观察之后就会发现，它的流向总体而言具有一定的规律，河床也有大致的边界。只要控制了这条大致的河床，就可以很好地利用这条河流。河道可能变化多端，但河床却有大致的边界从这

6、个角度讲，天河工程中所提到的“天空河流，与以往研究中所涉及的“大气河流是有本质区别的。天空河流是诸多大气河流所共同形成的一个系综，是通过统计学手段让人可以理解、利用的。利用天河进展输水，本质上就是要知道天河中的水汽从哪里来、到哪里去、输送量有多少，而研究天河工程，本质上不仅需要研究每一条大气河流的瞬态过程，更要研究较长历史时期内这些大气河流的变化规律，以及它们与水文过程、水资源变化、地表河流变迁等在较长时间内的耦合效应。这样，才能真正系统地理解整个水循环的过程，进而利用天河。三“天空河流存在了几亿年，如何利用它？天空河流已经在地球上存在了几亿年，每天都在按照它自己的规律运行着。人们该如何利用它

7、们呢？其实原理说来很简单，就是一个高大上版本的“人工降雨。只不过，这样的人工降雨需要精细计算，选择适宜的时间和地点。王光谦院士所主张的，实际上就是在中国的三江源地区实现空中调水，尤其是向黄河流域中补水。黄河流域处于中国北方半干旱区，年仅370亿m的可用水量要支撑沿途9省超过1亿人口的社会经济开展，水量时常捉襟见肘，有时甚至会发生断流。实际上，黄河源区每年空中水汽输入量约为8 700亿m3，其中约3 700亿m3为空中水资源，区域降水量约为 680亿m3，空中水资源的降水转化率约为 16.3%，这一转化率有很大的提升空间。因此，合理适度地利用空中水资源来补充黄河流域的水量是完全可行的。时常发生断

8、流的黄河在长江和黄河两大水系上游段还非常靠近的时候，将本该注入长江流域的降水注入黄河流域。经过计算，假如可以将青海三江源地区的天河利用起来，有望每年增加降水25亿立方米，这相当于整个地面南水北调工程的调水量的26%。青海三江源人工降雨的技术事实上已经非常成熟。自从1948年美国科学家文森特谢福发现人工降雨的关键技术之后，人类靠自己的力量影响气候，“呼风唤雨就不再是遥不可及的梦想了。只要空气中含有充足的水汽，那么人工增加空中的凝结核，让空气中的小液滴迅速凝结，体积增大成雨滴，就可以形成降雨。对于“天河工程而言，核心的技术难点还是正确掌握人工降雨的位置和时机。它并不像普通的人工降雨那样，只是在干旱地区进展补水，而是需要对整个地区的水汽输入、输出、流向进展统一的研究，从而改变一片较大区域内的水资源分布。人工降雨目前，“天河工程团队已经开展了云监测卫星及卫星星座初步论证、地面施行系统初步设想，针对云水资源监测需求完成了有效载荷需求分析及卫星初步方案，开展了采用火箭、导弹实现中远程人工降雨施行方案的研究。从宏观尺度上，将人工降雨作为跨区域调水的一部分，让水汽从潮湿的区域输送过来后，在特定的需水位置降落下来，而非随意地在空气中流到了另一个不太需要水的地方。结语从2019年开场，在总面