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魏科:給「喜馬拉雅山炸個大口子」真能行?

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1998年雅魯藏布江大峽谷科學探險活動在科學家、探險家、登山家、媒體和商業贊助的推動下順利進行,中科院大氣所高登義研究員擔任隊長,人大副委員長王光英為考察隊授旗,中央電視台首次實現全程穿越的實時轉播。

自從開始寫科普文章後,筆者經常被各種「令人震驚的事實」和「你所不知道的真相」轟炸。這不,前腳解釋完西北地區的乾濕變化問題,馬上又有人提問:「給喜馬拉雅山炸開大口子能否造就西北魚米之鄉?」資訊時代,網絡上各種消息眾說紛紜,其中一些只是博君一笑的段子,一些是人們出於對改變世界的美好期望。事實上大多數人想到的問題,科學家們都琢磨過,有些也已經有了結論。今天我們就來好好嘮一嘮「給喜馬拉雅山開大口子」這件事。

1.做現代版愚公——企業家、科學家都提過給喜馬拉雅山開口子的提議

喜馬拉雅山平均海拔高達6000米,是世界上最高大雄偉的山脈,從最西端的南迦-帕爾巴特峰(海拔8125米)到最東端的南迦巴瓦峰(海拔7782米),綿延2450公里,南北寬200-350km,包括了40座海拔7000米以上的高峰、10座8000米以上的高峰,以及世界最高峰珠穆朗瑪峰(岩面高8844.43米)。

喜馬拉雅山脈昂首天外,形成一道極難逾越的天然屏障。喜馬拉雅山南麓有世界最強的降雨中心,其中印度梅加拉亞邦的瑪塢西盧和乞拉朋齊年均降水量超過11000毫米,乞拉朋齊還曾創下年降水量26000多毫米的世界紀錄。而喜馬拉雅山北側降水量卻只有200-500毫米,不足南側的1/10,部分地區降水甚至僅有50毫米,形成寒冷乾旱的高寒荒漠氣候,青藏高原北側的塔克拉瑪干沙漠是亞洲內陸最為乾旱的區域。

水汽隔高山,高山不可平。人們在內陸望洋興嘆:要是印度洋的暖濕氣流能越過喜馬拉雅山脈,到達青藏高原甚至西北荒漠多好啊。90年代初,有領導人曾提到過,「有人建議,把喜馬拉雅山炸開50公里,降低2000米高度,形成一個豁口,把印度洋的暖流引導向西北,使西北變成降雨區。」

確實,當時不少「風雲人物」都琢磨過這事,包括叱咤商界的企業家牟其中先生。這位創造了用被單、襪子、罐頭等800多集裝箱輕工業品換回4架蘇聯圖-154飛機的風雲企業家在1997年提出大膽設想,要將喜馬拉雅山脈炸開一道50公里的口子,讓印度洋暖濕氣流北上進入中國乾燥的大西北,從而從根本上改變大西北氣候,變成新的大糧倉!

1997年,馮小剛等一干導演拜會牟其中先生時,在座談會中徹底被這個炸開喜馬拉雅山的想法折服,按捺不住興奮,把這個橋段引入到了電影《不見不散》中,借葛優的嘴把這驚世設想告訴了觀眾:「這是喜馬拉雅山脈,這是中國的青藏高原,這是尼泊爾。山脈的南坡緩緩的伸向印度洋,受印度洋暖濕氣流的影響,尼泊爾王國氣候濕潤,四季如春。而山脈的北麓陡降,終年積雪,再加上深陷大陸的中部,遠離太平洋,所以自然氣候十分的惡劣……如果我們把喜馬拉雅山炸開一道,甭多了,50多公里寬的口子,世界屋脊還留着,把印度洋的暖風引到我們這裏來。試想一下,那我們美麗的青藏高原從此摘掉落後的帽子不算,還得變出多少個魚米之鄉?」

1998年,中國科學探險隊在高登義等科學家率領下徒步穿越雅魯藏布大峽谷,探險活動得到新聞媒體的廣泛宣傳,普及了有關雅魯藏布大峽谷水汽通道的作用。這引起了我國兩位科學泰斗錢學森和錢偉長先生的關注,他們聯名幾位政協委員致函國家領導人,大膽建議,可否擴大雅魯藏布大峽谷通道,增加向青藏高原腹地的水汽輸送量,以緩解我國西北乾旱狀況。

為了考察這個問題,他們向另外一位氣象界泰斗葉篤正先生電話求證,並希望得到葉先生支持。由於高登義1987年在《中國科學》上發表過題為「雅魯藏布江水汽通道初探」的論文,葉篤正先生向高登義當面交代:要認真按照兩位科學家提議的思路進行分析和研究。

高登義的研究表明,即使把雅魯藏布大峽谷擴大到100千米寬,並從大峽谷口到我國三江源地區改變地形為斜坡,選取歷史上最強盛的西南季風年,水汽輸送也不能到達青海三江源地區。水汽在沿途就會凝結降落,根本到達不了長江和黃河源頭,更無法緩解我國西北乾旱狀況,從氣象條件和地形條件來看,通過河谷來輸送水汽的設想不符合實際。葉篤正老師把高登義等的論文結論轉告兩位科學泰斗後,學術界再也沒有人再提這個話題了。雖然科學的世界沒有了「給喜馬拉雅山開口子」的身影,但社會中還不斷存在着關於它的傳說。

2.核心的科學問題:整體大氣環流難以改變

給喜馬拉雅山開大口子當然涉及到工程問題,但是在「基建狂魔」面前,這「似乎」並不是最核心的困難。真正的問題在於開口子能否達到所期望的目標,即能否把水汽輸送到西北地區,使得西北降水增多。

大氣中水汽的分佈受到自然規律影響,單位質量的空氣中最多能容納的水汽含量受克拉伯龍-克勞修斯方程(Clausius-Clapeyron方程)約束。其中最重要的影響因子為溫度,簡單來說,大氣溫度越高,越能容納更多的水汽,大氣溫度越低,所能容納的水汽量越低。

大氣溫度分佈水平方向由熱帶向兩極遞減;垂直方向,對流層里高度越高溫度越低,每升高1公里溫度降低6℃,因此大氣中水汽量隨高度增加迅速減少,水汽主要存在於近地面3公里以下的層次。在4000米以上,大氣中的比濕降低至地面附近的1/3以下,再考慮高層空氣密度也低於低層,所以海拔4000米以上相同體積空氣內的水汽量只有平原地區的1/5以下。

全球水汽分佈特點:熱帶多兩極少,水汽主要集中在3公里以下

暖空氣在遇到高山進行爬升的時候,會存在不斷的「脫水」過程。空氣抬升遇冷,成雲致雨,到了山頂的時候,空氣中水汽含量大量減少。下山時溫度增加,形成乾熱的氣流,稱作「焚風」。因此一般在山脈的迎風坡會形成大規模降水中心,背風一面形成乾熱河谷。

空氣遭遇地形抬升遇冷並成雲致雨並不需要特別高的山峰。例如夏季帶來雷陣雨、冰雹等強對流天氣的雲頂高度只有400-1000米,帶來持續性降雨的雨層雲高度僅為600-2000米,即使形成降雨的最高的高層雲,雲底高度也僅2500-4000米。

我國地形分佈西高東低,主要為三級階梯地形。第一階梯為平均海拔4000米直達雲霄的青藏高原;第二階梯為黃土高原、雲貴高原、內蒙古高原等區域;第三級階梯為東部的平原地區,東北平原、華北平原、長江中下游平原等區域。因此從東南向西北輸送的暖濕氣流,經過路途中一層層山脈阻擋,不斷脫水變得乾燥。華南地區年降水量可達1200毫米,翻越南嶺和武夷山到達長江流域降水約為1000毫米,翻越太行山脈和呂梁山進入陝西境內,降水量就降低為500-700毫米。損失至此,氣流還從來沒有越過海拔超過3000米的山脈,五嶽里最高的華山南峰最高僅2154.9米,還不到青藏高原的「半山腰」。

從印度洋來的暖濕氣流要越過青藏高原影響西北乾旱區,要越過平均海拔6000米的喜馬拉雅山、岡底斯山脈、唐古拉山脈、巴顏喀拉山脈、崑崙山脈、阿爾金山脈,基本沒有可能,即使到達了西北,在翻越重重山脈中也會被徹底「脫水」變干。

沿東經85°E的7月平均大氣比濕分佈,青藏高原以北的塔克拉瑪干沙漠地區,比濕與青藏高原南側5000米左右高空相當

為了徹底評估「給喜馬拉雅山炸開大口子」後可能的氣候影響,2000年左右,曾慶存院士與趙思雄研究員,指導陳紅和孫建華做了兩組數值試驗,實驗中設計的工程量之浩大令人咂舌。比如在第一組數值試驗里,假定在高原不同區域開一個寬度約300公里,長度4000公里,深度直達海平面的大口子,這規模是蘇伊士運河(工程10年,埃及12萬民工為之獻身,長度約190公里,寬度約300米,深度約20米)寬度的1000倍,長度的20多倍,深度的300倍左右,工程量至少是其的100萬倍。分別把大口子設在高原東部(98~101°E)、中部(95~98°E)和西部(89~92°E),模擬的時段是1998年的5個暴雨個例。模擬表明,在打開通道之後,通道內部南側水汽自南向北輸送增強,降水量增多。但是在通道北側,自北向南的干空氣也增強,導致通道北側區域降水減少,並未見我國西北區域水汽的增加,反倒是來自孟加拉灣向我國東部的水汽輸送減少,我國東南部地區降水減少。之所以在高原北側並未見水汽增加,主要是整個青藏高原主體還存在,高原北側以下沉氣流為主,通道打開之後,並不能影響高原附近的氣流,因此並未能改善西北地區的降水。

責任編輯: 李廣松  來源:中科院之聲 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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