水循环的时间尺度与西北超深盆地调水增雨的作用过程

——学习钱磊老师关于水资源的4条基本原理的体会

 2014-9-17 18:45首发于《科学网》http://blog.sciencenet.cn/blog-1458267-828547.html

1   与水循环有关的公认数据

据研究，“地球上的总水量有13.86亿立方公里,其中96.5%在海洋里，有13.38亿立方公里；另有1.76%在冰川、冻土、雪盖中，是固体状态，约有0.2436亿立方公里；另有1.7%在地下，有0.234亿立方公里；余下不足0.02%分散在湖泊、江河、生物和大气之中，其中大气中的水分为130000亿立方米”。

“John  Mbugua等1995年估算的全球年水量平衡得到了UNICEF的认可，该估算海洋年蒸发量为505000 立方公里，降水量为458000立方公里；陆地蒸发量为72000立方公里，降水量为119000立方公里”。

2   气态水变成液态、固态水的平均时间（水汽在空中的平均停留时间8.23天）

据UNICEF的权威公认数据，全球水汽总量为13×10¹²m³，年降水总量为577×10¹² m³，所以，全球水汽一年内平均更新次数F=577÷13=44.385。全球水汽在空中的平均停留时间T=n÷F=365.25÷44.385=8.23天。

3    海洋内部水循环中，液态水蒸发变成空中水汽的平均轮候时间（2650年）

海洋液态水的总容量除以海洋每年的蒸发总量就是海洋液态水蒸发变成水汽的平均轮候时间，所以平均轮候时间为13.38*100,000,000÷505000=2650年。

4    海陆大循环中，液态水、冰川水蒸发变成空中水汽的平均轮候时间

参与海陆大循环的液态水，先要从陆地径流到海洋，在陆地径流的时间受径流长度、径流速度等影响，不过一般情况下这段时间不会太长；到达海洋以后，蒸发变成水汽的轮候时间与海洋内部水循环的液态水一样。所以，参与海陆大循环的液态水蒸发变成水汽的轮候时间大约也是2650年。

参与海陆大循环的冰川水，先要融化为液态水，再径流到海洋，再轮候蒸发变成水汽。因为冰川水融化变成液态水的时间一般较长，所以，参与海陆大循环的冰川水蒸发变成水汽的轮候时间可能远远大于2650年。

5    陆地内部水循环中，液态水、冰川水蒸发变成空中水汽的平均轮候时间

与海洋液态水相比，参与陆地内部水循环的液态水不需要轮候很长时间，就可能被地表蒸发、植物蒸腾、水面蒸发变成为空中水汽，液态水变成空中水汽的时间较短。以青海湖流域为例，青海湖的总容量约740亿方，青海湖水面年蒸发产生40.5亿方水汽，所以青海湖液态水蒸发变成空中水汽的平均轮候时间约18.3年。青海湖是我国最大的湖泊，湖泊的平均深度较大，其它湖泊液态水蒸发变成空中水汽的时间可能短一些（与湖泊平均深度的关系较大）。

参与陆地内部水循环的冰川水，先要融化为液态水，再由液态水蒸发变成空中水汽，或者由冰川水直接升华变成空中水汽。因为冰川水融化变成液态水的时间一般较长，所以，参与陆地内部水循环的冰川水变成水汽的时间较长。

6   全球液态水和冰川水等变成水汽的平均轮候时间（2402年）

全球固态和液态水的总量除以年蒸发总量就是全球固态和液态水变成空中水汽的平均轮候时间，具体数据为13.86*100,000,000÷(505000+72000)=2402 年。

7   决定水循环速度的主要影响因素

由前面的分析可知，由气态水变成液态和固态水只需短短几天，但由液态水和固态水变成空中水汽平均要花去2402年。空中水汽主要来自海洋蒸发，所以，水循环的速度往往由水的蒸发速度决定，水循环一个周期的时间长度主要由液态水和固态水变成空中水汽的时间决定。

8   西北超深盆地调水增雨的作用过程、主张向西北特别是新疆调水的理由

8.1   钱磊博士关于水资源的4条基本原理

一是降水量依赖于水的蒸发，与太阳能有关。二是水资源量与水循环速度有关，循环速度越快，水资源量越多。三是山水相伴，山是水的磁石（吸引子）。四是水资源缺乏的本质是降水在时间和空间上的不均匀。详见钱磊博士的博文http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=117333&do=blog&id=825917。

8.2   “山—盆结构”是调水增雨极其有利的宏观地形

8.3   主张向西北特别是新疆调水的4点理由

一是新疆的宏观地形是三山夹两盆，“山—盆结构”对调水增雨极为有利。

二是我国西南属湿润地区，西北属干旱地区，从多水的西南向缺水的西北跨流域调水是我国水资源空间分布的客观事实决定的。

三是我国北方地处北半球西风带，西北位于上游，新疆位于最上游。向新疆调水，蒸发蒸腾的水汽除在新疆变成降水以外，飘出超深盆地的少量水汽可能在河西走廊和阿拉善高原变成降水；这些降水再蒸发蒸腾为水汽并向下游输送，可能在黄土高原再次变成降水；这些降水再蒸发蒸腾为水汽继续向下游输送，可能在华北平原再次变成降水。这类似于三级跳，从新疆到河西走廊是一跳，从河西走廓到黄土高原是二跳，从黄土高原到华北平原是三跳，向上游调水下游也受益。

四是青藏高原属我国地势第一级台阶，西北属我国地势第二级台阶，从青藏高原的江河向西北调水基本上可以重力自流，节约能源，有些在水源地很难开发利用的水能资源通过调水能够得到开发利用，这时就相当于既调水又调电（如泊隆藏布江、易贡藏布江要流经著名的“排龙天险”，水能资源在当地开发利用难度极大，调水后这部分水能资源将在受水区得到开发利用）。

向西北特别是向新疆调水与钱磊关于水资源的基本原理不谋而合。

3、张学文：关于空中水大约9天循环一次问题的记注

4、张学文：不同水体的数量与循环周期的关系满足幂律