魯教版高中地理必修一第二單元第3節(jié)《水圈與水循環(huán)》素材

1、.“空中調(diào)水的天河工程：如何利用“空中河流來調(diào)水？須臾千秋 清華大學(xué)土木工程博士五千年來，困擾中華民族開展的最重大難題是什么？沒錯(cuò)，就是水。在這片大地上，水資源的分布在時(shí)間和空間上都極度不均。在我們的農(nóng)耕核心區(qū)黃河流域，旱災(zāi)與澇災(zāi)交替發(fā)生。從五千年前的大禹治水開場(chǎng)，中國人民就始終在與水做著斗爭(zhēng)，而那些帶著人們興修水利、治理水患的人也都被奉為了民族英雄。直到如今，在黑河騰沖線以西以北，有中國近60%的國土卻只支撐了6%的人口和5%的GDP，歸根結(jié)底還在于水資源的約束。中國最珍貴的水利遺產(chǎn)之一都江堰假如能將中國南方充足的水資源調(diào)到干旱的北方和西部，既可以減輕南方的洪澇，又可以緩解北方的缺水困境，讓

2、世上多出無數(shù)的魚米之鄉(xiāng)。為此，從新中國建國以來，我們就提出了著名的舉國工程“南水北調(diào)。這項(xiàng)曠世工程總投資超過2500億元，土石方總量16億立方米，其中一期工程每年可以為北京輸送10.5億立方米的水。南水北調(diào)固然有效地緩解了北方的缺水困境，但是相比起調(diào)水量而言，工程的投資實(shí)在太過于宏大。一千多公里的線路，中間要經(jīng)過幾次人為的水頭抬升，還要經(jīng)過特殊的引水隧道穿越黃河。這當(dāng)中的任何一個(gè)步驟出了點(diǎn)岔子，調(diào)水工程都會(huì)受到影響。一地上調(diào)水不容易，可以考慮從天上調(diào)正是考慮到陸地輸水的本錢高、效率低，中國著名水利工程專家王光謙院士提出了“天河工程：既然陸地調(diào)水難，能否考慮天上調(diào)水呢？大氣中水蒸氣的流動(dòng)是整個(gè)水

3、循環(huán)的重要組成部分，它的徑流量不可小視。每年輸入中國的水汽總量大約為20萬億立方米，遠(yuǎn)大于降水總量和地表徑流量。假如能將這部分水輸送利用起來，無異于是利用了一條天然的“空中運(yùn)河來實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)，簡(jiǎn)直是一本萬利。水循環(huán)示意圖乍看起來，空氣中的水汽分布很分散，不容易利用。但實(shí)際上，大氣中存在與其它區(qū)域相較而言水汽通量更高的區(qū)域，它們的存在與多種行星尺度大氣環(huán)流有關(guān)，同時(shí)也會(huì)受到部分氣候環(huán)境的影響。例如，中國的長江、黃河、瀾滄江三江源區(qū)就存在三條輸入的水汽輸送帶。這些輸送帶內(nèi)部水汽非常密集，在特定的氣象條件誘導(dǎo)下就可以在特定位置形成降水，這樣就形成了一次空中的水分調(diào)運(yùn)。這樣的條帶狀水汽輸送帶被科學(xué)家們

4、稱為“對(duì)流層河流或“大氣河流。這一依靠大氣層中的“對(duì)流層河流來進(jìn)展水分運(yùn)輸?shù)脑O(shè)想看起來非常天才。但實(shí)際上，天空河流施行起來可沒有那么容易。原來，變化多端的大氣環(huán)境畢竟不同于穩(wěn)定的地表。這些高通量條帶的發(fā)生、開展和衰亡都與中小尺度的天氣過程存在明顯的關(guān)系。眾所周知，氣象系統(tǒng)是一類典型的“混沌問題，一只蝴蝶煽動(dòng)一下翅膀，在大氣系統(tǒng)奇妙的作用下，就可能在一周后引發(fā)一場(chǎng)颶風(fēng)。研究說明，這些“大氣河流的平均壽命只有20小時(shí)，它們隨時(shí)都可能因?yàn)槲粗摹⒓?xì)小的氣候變化而發(fā)生改變。然而，假如想要進(jìn)展調(diào)水作業(yè)，那就必須維持一個(gè)比較穩(wěn)定的水量，這樣的輸水才有意義，否那么仍然是旱澇不定，靠天吃飯。也正因?yàn)槿绱?，?duì)于

5、“大氣河流的研究和利用始終無法深化。那么，終究如何才能利用起這些“朝生暮死的空中小河呢？二調(diào)水必須水量穩(wěn)定，需要借助統(tǒng)計(jì)學(xué)手段完成盡管這些空中小河變化多端，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，但它們的時(shí)空分布同時(shí)也具有一定的規(guī)律性。統(tǒng)計(jì)學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，水汽高通量條帶在某些區(qū)域上具有穩(wěn)定的高度重合特性。將這些高通量條帶看作一個(gè)系統(tǒng)的話，就可以計(jì)算出它們的分布及演化規(guī)律。全球高通量水汽帶打一個(gè)簡(jiǎn)單的比方，就像是一條不穩(wěn)定的河流，它的河道經(jīng)常發(fā)生改變，但持續(xù)的觀察之后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它的流向總體而言具有一定的規(guī)律，河床也有大致的邊界。只要控制了這條大致的河床，就可以很好地利用這條河流。河道可能變化多端，但河床卻有大致的邊界從這

6、個(gè)角度講，天河工程中所提到的“天空河流，與以往研究中所涉及的“大氣河流是有本質(zhì)區(qū)別的。天空河流是諸多大氣河流所共同形成的一個(gè)系綜，是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)手段讓人可以理解、利用的。利用天河進(jìn)展輸水，本質(zhì)上就是要知道天河中的水汽從哪里來、到哪里去、輸送量有多少，而研究天河工程，本質(zhì)上不僅需要研究每一條大氣河流的瞬態(tài)過程，更要研究較長歷史時(shí)期內(nèi)這些大氣河流的變化規(guī)律，以及它們與水文過程、水資源變化、地表河流變遷等在較長時(shí)間內(nèi)的耦合效應(yīng)。這樣，才能真正系統(tǒng)地理解整個(gè)水循環(huán)的過程，進(jìn)而利用天河。三“天空河流存在了幾億年，如何利用它？天空河流已經(jīng)在地球上存在了幾億年，每天都在按照它自己的規(guī)律運(yùn)行著。人們?cè)撊绾卫盟?/p>

7、們呢？其實(shí)原理說來很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)高大上版本的“人工降雨。只不過，這樣的人工降雨需要精細(xì)計(jì)算，選擇適宜的時(shí)間和地點(diǎn)。王光謙院士所主張的，實(shí)際上就是在中國的三江源地區(qū)實(shí)現(xiàn)空中調(diào)水，尤其是向黃河流域中補(bǔ)水。黃河流域處于中國北方半干旱區(qū)，年僅370億m的可用水量要支撐沿途9省超過1億人口的社會(huì)經(jīng)濟(jì)開展，水量時(shí)常捉襟見肘，有時(shí)甚至?xí)l(fā)生斷流。實(shí)際上，黃河源區(qū)每年空中水汽輸入量約為8 700億m3，其中約3 700億m3為空中水資源，區(qū)域降水量約為 680億m3，空中水資源的降水轉(zhuǎn)化率約為 16.3%，這一轉(zhuǎn)化率有很大的提升空間。因此，合理適度地利用空中水資源來補(bǔ)充黃河流域的水量是完全可行的。時(shí)常發(fā)生斷

8、流的黃河在長江和黃河兩大水系上游段還非常靠近的時(shí)候，將本該注入長江流域的降水注入黃河流域。經(jīng)過計(jì)算，假如可以將青海三江源地區(qū)的天河利用起來，有望每年增加降水25億立方米，這相當(dāng)于整個(gè)地面南水北調(diào)工程的調(diào)水量的26%。青海三江源人工降雨的技術(shù)事實(shí)上已經(jīng)非常成熟。自從1948年美國科學(xué)家文森特謝福發(fā)現(xiàn)人工降雨的關(guān)鍵技術(shù)之后，人類靠自己的力量影響氣候，“呼風(fēng)喚雨就不再是遙不可及的夢(mèng)想了。只要空氣中含有充足的水汽，那么人工增加空中的凝結(jié)核，讓空氣中的小液滴迅速凝結(jié)，體積增大成雨滴，就可以形成降雨。對(duì)于“天河工程而言，核心的技術(shù)難點(diǎn)還是正確掌握人工降雨的位置和時(shí)機(jī)。它并不像普通的人工降雨那樣，只是在干旱地區(qū)進(jìn)展補(bǔ)水，而是需要對(duì)整個(gè)地區(qū)的水汽輸入、輸出、流向進(jìn)展統(tǒng)一的研究，從而改變一片較大區(qū)域內(nèi)的水資源分布。人工降雨目前，“天河工程團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開展了云監(jiān)測(cè)衛(wèi)星及衛(wèi)星星座初步論證、地面施行系統(tǒng)初步設(shè)想，針對(duì)云水資源監(jiān)測(cè)需求完成了有效載荷需求分析及衛(wèi)星初步方案，開展了采用火箭、導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)程人工降雨施行方案的研究。從宏觀尺度上，將人工降雨作為跨區(qū)域調(diào)水的一部分，讓水汽從潮濕的區(qū)域輸送過來后，在特定的需水位置降落下來，而非隨意地在空氣中流到了另一個(gè)不太需要水的地方。結(jié)語從2019年開場(chǎng)，在總面