【结合大气环流的西藏治水思路探讨】

  青藏高原的隆升对亚洲乃至全世界气候环境产生了深远的影响。亚洲承载厚重人类文明史的几大流域绝大部分都发源于青藏高原。长江、黄河、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江、印度河、恒河均从青藏高原顺流而下,塑造了亚洲独特的地貌。据统计,上述流域及高原本身面积合计约670.7万平方公里,占亚洲面积的15.2%。上述流域内生活的人口据估计将近30亿,约占世界人口的50%,来自高原的水资源深刻地影响了下游居民的生产生活。
  青藏高原水资源的 “特殊性”
  西藏的水资源主要包括地表水资源、地下水资源、冰川水资源和大气降水。据有关数据显示,作为组成青藏高原主体,青海和西藏两省(自治区)的多年平均水资源总量大致为8629.14亿m3。其中,青海省河流年均径流量为622亿m3。地下水资源总量约1107亿m3;冰川水资源总量为3519.16亿m3。西藏地表水资源包括境内大小河流和湖泊,河流年均径流量为4,482亿立方米,地下水资源总量约1,107亿立方米,冰川水资源总量为332亿立方米。
  大气降水作为水资源中最活跃的因子,在水汽循环中起着重要的调节作用。青藏高原的降水资源在地域分配方面严重不均,整体从西北向东南逐渐递增。西北端柴达木盆地是全国降水极低值地区之一,多年平均降水量不足25毫米;降水极低的地段羌塘草原降水量约200毫米左右,东南局部地区降水量能够达到3000毫米。这样一种状况,给当地居民生产生活造成了极端不利的影响。
  根据现有资料,从历史时期看,青藏高原的降水一个重要特征是从西北向东南随时间递增。在更小的时间尺度上,每年10月到次年4月降水少,降水量仅占全年降水量的10%~20%;5~9月降水量一般占全年降水量的90%左右。青藏高原的降水另一个重要特征就是多夜雨,这与青藏高原地势高、太阳辐射强烈、昼夜温差大等因素有关。
  从高山阴坡、阳坡、半阴坡、半阳坡分布的植被种类差异及植被生物量差异可以判断出水汽直接补充高山植被的作用不可忽视。水汽不形成传统意义上的降水,直接为植被吸收利用的现象大致包括两种机理:一种是由于高山地表岩石、土壤与空气热容量不同,富含水汽的空气在遇到降温的作用下凝结,以霜、露的形式补充土壤水分,从而进一步被植物根系吸收;另一种是水汽遇到植物的枝、叶、茎、秆附着其上,直接为植物吸收利用。水汽直接补充高山植物的现象在青藏高原普遍发生,对高山植被的存活发挥着重要作用,构成了高原生态重要环节。
  大气环流对西藏降水的影响
  本文所提及大气环流与水资源分配之间因果关系的前提是:水汽流过的路径与其地表形成降水之间有必然的因果关系。根据水汽图和逐小时降水图观察,水汽移动与形成降水直接相关。凡是卫星云图上显示云系比较厚且密的部位,其地表一般会形成降水。
  青藏高原大气环流造成的水资源分配机理非常复杂,涉及下垫面条件、热源、水汽含量等多重因素。但是,其影响结果具有规律可循。在每年10月至翌年4月,西藏高原上空为西风急流,地面为冷高压控制,干旱、多大风,低温,少雨雪。5月至9月,高原近地面层为热低压控制,西南季风登上高原,在其支配下,西藏各地雨量非常集中。雨季中,多夜雨,多雷暴,多冰雹。藏南各地以夜雨为主,可占雨季降水量的80%以上。藏北高原雨季中雷暴和冰雹频繁。
  在高原东南和仲巴、定日一带有两条水汽通道,高原西侧也有一条水汽通道,从高原西侧边界进入高原西部。在讨论夏季高原地区高湿状况的维持机制时发现,相对于高原东部,只需要较少的水汽输入就足以维持高原西部大气的高湿状态;高原西部的降水、蒸发和向土壤中渗透是接近于平衡的,水分循环主要是局地的内循环。
  笔者主要利用雨季(5~10月)每30分钟一帧的卫星云图和每小时一帧水汽云图资料结合青藏高原多个站点的地面气象观测资料进行分析,发现青藏高原的水汽以天为周期呈规律性升腾。在凌晨1点至3点蒸腾量达到最低值,随着时间的推移逐渐增大,到下午6点左右水汽增加量开始下降,随着温度的降低,部分水汽在输送过程中遇到高山阻挡等综合因素作用开始凝结形成降水,如此循环构成了青藏高原在夏季以日调节为周期的水汽循环模式。这与西藏拉萨、日喀则、昌都,青海玉树、果洛、马尔康等地雨季多夜雨这一基本事实相吻合。由于地形的影响,在水汽顺地势爬升的过程中易于形成降水,这与在青海湖流域、红原、若尔盖一带及巴颜喀拉山南侧、喜马拉雅山南坡降水量较大的事实相一致。
  除了从青藏高原本地蒸发形成的水汽外,从印度洋输送来的暖湿气流一小部分从西南方向补充到青藏高原上空的水汽中。大气环流向青藏高原东北方向输送的过程中,如上所述,一部分形成降水,少部分水汽由于受蒙古高压的控制和西伯利亚寒流的影响,在气旋作用下向高原西北方向逸散,不能形成有效降水。这也与高原西北西藏内流区、青海柴达木内流区以及昆仑山北侧降水量较少,造成新疆塔克拉玛干沙漠、青海柴达木盆地干旱的事实相吻合。
  根据对高原逐小时地表温度和水汽图分析,在青藏高原,除了正常的季节性和昼夜温差变化外,高空水汽量与地表温度具有很大相关性。空中水汽量越多,地表温度比相同时期越低。这是由于青藏高原空气透明度高,太阳辐射又是青藏高原的主要热源,太阳辐射受高原水汽云系的阻挡,难以到达地表,造成地表温度下降,这与低海拔地区阴雨天气闷热的现象有较大差别。这种现象可以为人为增加空中水汽形成云系,从而使地表降温,进一步为阻止和滞缓冰川融化提供重要思路。
  变幻的青藏高原水汽移动规律
  春季,由于受源自蒙古高原的差值反气旋影响,我国东北北部地区被一差值气旋中心控制,两个中心之间冷的西北气流一部分直达我国华北、东北地区,源自青藏高原的水汽顺纬度方向向东部移动,为我国南方地区带来暖湿空气。
  夏季与春季水汽移动路径近似,受西北和西移的北部蒙古高原两大气旋的影响,同时受来自太平洋的水汽逼迫,源自青藏高原的水汽得到沿线水汽的补充缓慢向东铺散开,一部分北上,扫过内蒙古及东北地区,另一部分向东部及东南方向散逸。   冬季,从贝加尔湖以西到我国东北地区被一个差值气旋性环流控制,并有温度槽与之配合,差值冷性气旋后部的偏北气流向高原北侧输送冷空气,遇到高原地形后转向,沿着高原地形一部分冷空气向我国华北、东北地区,另一部分绕高原东北角南下。与高原北侧不同,高指数年高原南侧偏暖的差值西风为我国西南、华南地区带来暖湿空气。由此看来,冬季强高原绕流作用年(高绕流指数年),中高纬冷空气向我国北方输送偏强,可能使北方地区气温偏低;同时,暖湿空气向西南、华南地区输送也偏强,可能有利于西南、华南地区气温偏高。弱高原绕流作用年(低绕流指数年),情况则相反。
  青藏高原治水思路探析
  国务院2010年印发的《全国主体功能区规划》,突出了青藏高原在全国的重要生态地位。2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》指出:“水是生命之源、生产之要、生态之基。兴水利、除水害,事关人类生存、经济发展、社会进步,历来是治国安邦的大事。”文件出台了一系列针对性强、覆盖面广、含金量高的新政策、新举措。在这种历史性机遇下,高原水利应大力探索生态水利发展机制与模式,突出水资源在维持河流健康生命、维持重要生态资源健康生命方面的基础性作用,从而使水利更好地服务于西藏旅游、文化等产业发展。
  在措施方面,主要通过在高原上修建规模不等的水塘、水库等蓄水设施,大规模发展牧区水利和农田水利,充分发挥高原水分局地内循环和蒸发量较大的优势,促进地表水分蒸发。一方面,使水汽循环加快,有利于改善局地小气候,同时能够提高地表植被覆盖度,有利于高原水土流失防治和生态系统的良性维护;另一方面,大量水汽的蒸发能够反射太阳辐射,造成近地层及地表气温下降,有利于减少甚至逆转高原地区冰川逐年消退的趋势。
  水土保持工程在维持生态系统的稳定和恢复生态方面有不可替代的作用,可以依靠大规模发展水土保持工程,通过植树、造林、种草、封育等手段,发挥水土保持设施的渗蓄、截留降水等功能,促进生态系统的恢复和稳定。
  从空间布局方面可以分为以下几个部分:
  青藏高原西北部西藏内流区、三江源及青海湖内流区地带。这里人口稀少,是重要的国家级自然保护区和生态功能区,不宜进行大规模水利建设,主要是保护原生植被。原生植被能够(尤其是在夏季)促进该区域水汽的蒸腾,湿重的水汽有利于抵抗西伯利亚及蒙古冷高压的控制,从而可以有效增加新疆南部及柴达木盆地的降水。在三江源地区采用人工降雨等手段,促使途经该区域上空的水汽形成降水,增加水汽资源循环效率,为该地区草场恢复、减缓和遏制高原湖泊萎缩、雪线下移、增加湿地面积等生态功能服务。
  青藏高原中南部拉萨、日喀则一带。这里是雅鲁藏布江流经的地带,是西藏人口密集的地方。该地区农牧业开发历史悠久,也是西藏水利发展的主战场,应充分发挥水利设施的基础地位,大规模发展灌区农业和草场灌溉,大规模发展水土保持工程,利用高原丰富的光热优势,最大规模地促进地表水分蒸发,提高水汽循环效率,为向东北方向流动的气流提供主要的水汽来源。
  发挥南水北调西线工程在水汽输送中不可替代的作用,利用金沙江、雅砻江、大渡河的水源,向柴达木盆地及新疆西南部、甘肃西北部、宁夏等干旱地区供水,依靠湿重的水汽压制蒙古冷高压和西伯利亚寒流对我国西北部的不利影响。
  青藏高原西南部山南、林芝一带。这里山势陡峭,河流落差大,水能资源开发潜力巨大。可以通过修建高坝大库,一方面,通过建设大容量电网和水电站,向省区外相对发达地区输送电力;另一方面,依靠水库水面水汽的蒸发,提供水汽重要来源。
  综上所述,未来影响我国水资源分配的人工影响水汽工程的布局是:通过大规模发展高原水库、大规模农田及草场灌区、跨流域调水等水利设施,使我国境内雅鲁藏布江流域、彭曲、西藏内流区、青海湖流域、三江源成为重要的水汽策源地。一方面,促进水汽资源内循环,提高水汽资源利用效率;另一方面,顺应水汽输送通道,辅以人工降水等措施,实现水汽资源在我国境内时间和空间上的合理调度,尽量使水汽资源向我国西北干旱地区偏移,从而减轻东南部降水压力。
  三点结论
  青藏高原是亚洲的水塔,影响下游人口密集区,影响人口数量占世界人口的50%。因此,应该对青藏高原水资源从时间、空间多个维度进行重点深入研究。
  结合现阶段青藏高原在全国总体规划中的生态地位的凸显,结合西藏、青海两省水利规划,青藏高原治水的重点除了民生水利外,应逐步向生态水利转变,向水土保持生态建设、牧区水利建设倾斜。
  青藏高原未来水利的发展应该借助水汽循环,以促进水汽蒸发为目的,大规模发展生态水利、牧区水利、农田水利,大规模发展水土保持工程,提高水资源利用效率。

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