参天水利资源工程研考会《工作通报》No.2007-27
2007年7月2日
---------------------------------------------------------------
（五）森林等植被气候效应明示重大聚变新信息
当地面被植被良好覆盖，反射率明显减弱(一般15％一20％，森林10—15％)，逆辐射增强，长波辐射减弱，地面能量吸收增加保存率提高，气温年均升高年较差日较差减小。森林植被平均单位容积热容量2.3×106J/（m3·℃），热力特性几乎与海洋相似。森林蒸发量大，强蒸发明显降低地方气温(蒸发耗能2.5×lO5J／kg)（41）。
1)森林蒸发能力与蒸耗
一般植被蒸腾作用相当于消耗降水200—300mm；某些需水特多的农作物，或某些常绿植被蒸腾则相当于消耗降水400—600mm。植物蒸腾作用和地面蒸发消耗土壤水总和，比没有植物空旷地表土壤单独蒸发消耗要多40％（42），与湖泊、自由水面蒸发量相当（43）；甚至某些实验证明，森林比同一纬度上同面积海洋所蒸发水分还要多50％（44）。生产实践表明，植被能够大大增加水分蒸耗，大大超过水面蒸发能力。北京一亩水稻年耗水量相当于消耗降水3300mm（45），新疆塔里木种植一亩棉花、水稻每年耗水量相当于分别消耗降水1650mm、6600mm（46）（47）。
森林蒸发量取决于土壤水分含量、水分热量的供应、风速净辐射饱和差等气象条件、森林结构特征、林分密度、树木年龄等条件（48）。森林蒸发能力和森林蒸耗或森林实际蒸发量并不等同，森林蒸发能力与森林植被本身蒸腾能力、森林植被本身蒸腾消耗与森林实际蒸发量之间常混淆。森林实际蒸发量是森林植被本身蒸腾作用消耗和所消耗水量的总和。当森林蒸耗条件优越时，森林植被蒸腾能力和土壤蒸发能力都充分发挥，森林实际蒸发量能达到最大值。
2)森林能否增加降水
大面积森林存在，林冠截留15％～40％降水蓄积于林地；林区(比无林区高出15％－25％（49）)及附近地区空气湿度较大；蒸发耗散热能降低空气温度。俄罗斯欧洲地区，近60％降雨被认为是当地蒸发水汽形成（50）。在鄂尔多斯高原沙漠绿化生产实践也证实了森林带来降水增加降水作用。森林还以霜、雾、露等形式凝结降水，大安那多尔森林霜结降水约占年降水量的9％；森林边缘从云雾中截留云滴、雾滴水量达年降水量的5%，林内截留可达20％（51）。森林增加露、霜、雾凇等形式水平降水得到公认。林区蒸散增强和降水增多，能加强森林局部或区域水分小循环，热带雨林区几乎每天午后降雨，表明植被加强局部小循环。
森林能否增加垂直降水一直存在分歧。集中在四个问题上：森林是否能够蒸发足够影响的水汽：森林是否能够抬升蒸发水汽或外来水汽到足够高而保证凝结；森林是否能保证蒸发水汽在森林及附近地区腾云致雨；森林在多大地理尺度上有增加降水作用（52）（53）。
分歧也不太大，都基本肯定森林能为降水增加提供了必要前提条件，而非充要条件。如果森林是巨大或超大规模的，森林蒸耗条件是优越的，目标区是特定宏观大地理尺度的，通过森林和其他地理因素相互作用、结合，那么森林是否带来甚至是否带来大量垂直降水的分歧就基本不再存在。
3)森林强大风阻作用
森林对风速和风向有很大影响。风入林内被分割肢解，气流紊乱、相互抵消、动能消耗、风速骤降：距离林缘迎风区几百米风速已经下降，经过森林数百米至上千米后才会恢复风速。据测试，在5级风时，人造林带外风速9.5m/s，带内7.7m/s，减弱近20（54）；在风暴期间森林群落0.1m处风速1.0m/s，0.3m处1.4m/s，0.5m处3.7m/s，群落之上高达9.3m/s；从林缘深入林内30－50m风速减小30％－40％，深入200m平静无风（55）；林网降低风速14％－68％，网内湿度提高1.2％－14.5％，多条林带相距不远风速多次减弱，林带间风速就会降得更低些（56）。
4)大区域森林植被改善对气温降水气压等影响
大量数值模拟显示，大区域森林植被改善对气温降水等影响巨大。
如西北植被扩展季风加强，高原及北方地区降水加强(57)；干旱半干旱地区大范围植树造林，新下垫面激发局地对流及地温、湿场及流场，影响局地气候增加相当降水（58）（59）（60）(61)：西北全面绿化，反射率减少9％，蒸发相当于自由水面3/4，夏季温度降低0.53℃，相对湿度提高7.0％，降水量可能增加110mm(62)；使东亚南亚年均地温升高、海平面气压下降(中心位于西北，+2.0℃和－3.7hPa)、西北(+110mm)及中南半岛降水增多印度降水减少、地面热源增强明显、冬季风减弱夏季风增强（63）；西北冬偏暖夏偏凉、空气变湿、近地风速减小，黄河流域降水增加长江流域江南地区降水略有减少（64）；大陆全面绿化，年均地温升高(中心位于河西，+2.58℃)，整体日增气温0.66℃，海平面气压日降2.7hpa(中心位于青海地区，－6hPa)，低空纬向风速日均减弱0.97m/s，夏季风日增0.04m/s，冬季风日减1.136m/s(中心位于河套)，降雨量日增0.438mm(长江流域夏季日减0.25mm)，低层大气比湿地表蒸发增加，感热潜热量日均增加5W/m2、3.1W/m2(65)。
5)大地理尺度森林气候聚变效应认识提供了基本的思想指导、理论借鉴，更提供了智慧启迪和气候改造技巧、路径。随地形跌宕起伏、连绵不断数百数千千米大尺度优良森林植被，其风阻热融、“抽水”培土、截流止渗、蒸耗降温、水热存储、气压改变分效应作用超强，都可能足够削弱、动摇一些强烈影响气候的地理因素因子，为理想化气候改善提供最现实价值。
三、地理要素因子隐含地理信息宏观意义解读
(一)我国气候最重要因素透视地理信息宏观意义解读
如能通过改变规模地理尺度特殊环境地面状况，形成强大持久稳定水热存储体，水热交换像大洋暖流一样强烈影响周边地区。则可通过大比热容良好森林植被来阻挡、消融强劲冷气流，通过暖湿气流或暖湿高压来融蚀周边干冷气团、截断冷气团之间联系，变周围冷干源地为暖湿源地，逐步弱化消灭蒙古高压中心形成条件，弱化超强蒙古高压或“重建”较弱新冷高压；影响改变北支西风，驱逐或迫其绕道蒙古高原(“改道绕行”也只是盛行西风 “笑口型曲线”或“倒正态分布曲线”的“正常路径”回归)；北支变向影响南支西风偏向，大规模森林植被恢复导致大陆气压降低增强海洋季风，共同作用促使偏东向西风可能成西南向或偏北向西风；新暖湿气流取代北支西风成为水汽输送和动力抬升力量，则北方“普降甘霖”。那么，很容易增加巨额降水量，年降水量可能达到9×1012m3－1.1×1013m3，年平均温度也将升高2－3℃。
(二)水汽压隐含地理信息宏观意义解读
原本干燥高温地区，如果水汽大量增加且不易散失，则因水汽压急剧增加带来当地大气压较大升高或形成高压，产生较大甚至重大影响。 这可在生活中观察到：在浴室或澡堂，无论冬夏，当大量水蒸气形成不能迅速散失，则气压升高感到胸闷，室内与外界环境之间的空气流动方向发生逆转，强大热气可从近地低处空穴逸出而外界冷热空气均难以侵入。浴室或澡堂就是比较良好的水汽压作用小型实验室。 如在相当地理尺度近似浴室环境空间里，水汽压大增加上地转偏向力影响会导致风力、风速、风向变化，将不断产生的水汽强烈输送到相对低压环境。如在水汽压极低特殊地理环境，人工影响极大提高当地水汽压，较高大气压会强烈输出暖湿气流。西北几大大巨型盆地就是水汽压作用“天然大型实验室”。
(三)巨型盆地显示地理信息宏观意义解读
盆地现象可从生活中观察到：冬半年围墙院落和无顶临时空间较之空旷地风小、暖和、空气流动差交换弱；深底保温瓶盛少许开水，浅底小杯(口径同保温等水等温)水近杯沿，齐口平吹，瓶内空气“扰动”弱，水迟迟不冷，杯口水汽散失迅速水易冷却；没盖盆子、没塞水瓶，盛等量水，夏日等同环境中，盆水较瓶水早十几、二十倍时间蒸干。
也可从大气物理明白基本道理：大气水汽受地球引力作用，有一定上界，绝大部分“聚 集”、“下沉”在近地面下层，50－70％水汽都在海拔2000－3000m以下近地面空间，一般说来当地温度越低此高度越低、越往高纬此高度越低，我国北方95％左右水汽都在5000－4000m以下近地面空间（66）；外界气流被周边高山阻挡抬升与盆内气流交 换特弱，要么大部分被阻在外，要么从盆地上空掠过引起波动，四川盆地就在强劲西风“死水”区内；一旦强冷气流通过缺口或地理坡度进入，“冷重”空气沉积盆底，犹如大洋深海“死水”不易搅动，除非辐射地热将其“融蚀”，准噶尔盆地热量积蓄相对少、近大陆冷气团成为“冷盆地”典型，其他几个巨型盆地因山脉阻挡和强热量聚集积蓄能力，消融部分侵入冷气流成为“暖盆地”典型。
假设从巨型干燥盆地外引入巨额水量，经转化为暖性水汽，被周边高山“约束”，如“受控核聚变”的“托卡马克装置”一样，则盆地内热能储蓄增加、内循环加强、盆地降水增加、气压随水汽压急剧升高而较大增高，盆地成为暖湿性高压盆地(克拉珀龙理想气体状态方程也显示气压变化影响)。
(四)大陆内循环潜藏地理信息宏观意义解读
在内循环率较高地区，外部引入“流量”水体(“流量”、“存量”——此处新提出“水量概念”：江河水量就是江河径“流量”而非径“存量”，降水量是降“流量”而非降“存量”；
近1×1012m3径“流量”
的长江其年均瞬间态水量或径“存量”
不过6×1010m3—1×1011m3，年循环近10—15次)成为理想“存量”水体或强“存量”水体。这时，外部径“流量”部分转化为局地河道径存量或湖库田池存量、生物土壤存量
通过地面蒸发或植物蒸腾，局地小循环加快，便能使“流量”以“存量”的数倍、十数倍或数十倍增加。如果理想化地域环境(水汽不被吹出区域外，不被渗漏到深层地下不能利用，以不同形式“存量”充分参与循环；理想化或全封闭盆地化地域水气循环周期肯定比全球循环的9～11d变短为6～9d左右)，引入外域径“流量”全部转化为强“存量”，充分循环则能带来最大化的40－50倍“存量”QS的新“流量”
。
但外流“径流”进入另一外流河，在利用后蒸发逸失或直接流走，外流“径流”不能转化为“存量”，内部小循环意义基本可以忽略；强内循环地区也非都是理想化环境，经多年改善后内循环也能大大增强。从宏观地理意义看，如有效防止渗漏(或能再利用)，遏阻盛行风吹出水汽宏观区域，则弱“存量”水体区也可能转化为强“存量”水体区。可从日常生活中认识：只盛少量水的(如1/10－1/20体积的水，以保证“充分”蒸发)饮水机(顶置冰块保证冷凝)，一直不断加热，可以看到“理想化环境”水体内循环。
可从简单试验认识：通过加热器、烧瓶(配置适量淡水)、试管、冷凝器、泄漏开关、补充开关(冷凝器前置一个，回流试管中置一个)建立循环试验路径。当泄漏、补充开关都关闭，进行试验则现饮水机加热现象；泄漏开关开而补充开关闭，则回流径流减少、减速且配置水量减少乃至枯竭；泄漏开关、冷凝器前置补充开关都开(另外试管相连)，则现饮水机加热现象：泄漏开关开，回流试管中置补充开关补充一定水量，则现两种情况：一泄漏开关打开过大，冷凝径流减少，补充不足时，总径流也减少，烧瓶水量逐渐减少乃至枯竭；二泄漏开关打开较小，冷凝径流增加，补充超量时，总径流增加较多，且烧瓶水量增加乃至过量；如后者状态再增加加热强度，则冷凝流量增加，径流速度增加，径流总量增加，烧瓶中水位不断上升。
(五)森林植被明示地理信息宏观意义解读
如果能“创造”条件、保证大规模森林植被营造，建立优越蒸耗条件，不断改善的地理因素、因子相互作用，局地水一大气一生物良性循环逐步走向宏观水一大气一生物良性，则宏观尺度森林植被带来气温、降水、气压、流场、风场、地面热源等全面积极变化，特别是森林地水抽取、培土止渗作用和水、热、汽、压、风明显变化成为良好条件：成为构建强内循环区、强水热存储区、强水汽压制造区、强风阻区、强冷干气流融蚀区、强冷高压侵蚀区、有效降水水汽输送区、风向水汽有利引导区的强有力保证。
特别是在整个准噶尔盆地及天山北坡、塔里木盆地东部觉罗塔格库鲁克塔格北山疏勒河流域建立密集方格式纵横交错的高大森林林带林网，则其强大风阻(或动力)、暖湿(或热力)、气压变化作用对整个北支西风起到彻底性破坏，如果再结合塔里木盆地柴达木盆地河西走廊阿拉善高原植被水热作用，将可能彻底让境内北支西风消失。
四、独特地理环境之于改善我国气候优势
(一)大规模自流引水条件极佳
青藏高原高地势与北倾走势和西南高西北华北低(由海拔4000m以上逐渐梯级平缓地过渡到几百几十米)为我国自流调水提供极佳条件(仅起点部分工程需要拦蓄抽调，其后都能实现全程自流)。
“项凹”地理现象能保证自流引水：三大拐弯一一雅鲁藏布江大拐弯、黄河阿坝大拐弯、河套托克托大拐弯一一的连线是谷川低地带，两边是高山如人之头肩，中间是谷川如人之项凹。在三江并流区，一边是青藏高原，一边是横断山脉；到黄河源区，一边是巴颜喀拉山，一边是岷山；在黄河上中游区，一边是贺兰山、阴山和吕梁山，一边是鄂尔多斯高原；青藏高原东南部地表径流丰富，雅鲁藏布江1.6×1011m3径流和藏南诸河2.3×1011m3径流(共3.9×1011m3)流出国境；独龙江、怒江、澜沧江诸河2×101lm3－3×1011m3，径流流出国外；藏东南诸江河(包括雅鲁藏布、怒江、澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河)2600m高程可调水量8×1011m3－1×1011m3，1200m高程可调水量1.7×1011m3－1.9×1011m3（67）。藏东南诸江河不仅是二、三级支流属非国际河流，而且所涉河流引水量都大大低于国际法公认
国际性河流截流标准，所谓国际引水争端不存在合理依据。
(二)封闭性大盆地群水热作用内循环作用潜力巨大
塔里木盆地，盆口面积近1×106km2(包括土哈盆地及盆沿山地)，是我国最大盆地，位于天山山脉与昆仑山系之间，是全封闭性内陆盆地；准噶尔盆地，盆口面积达5×105km2(包括伊吾庐盆地及盆沿山地)，是我国第二大盆地，位于天山山脉与阿尔泰山之间，西部有地势较低的缺口，是半封闭性内陆盆地；柴达木盆地，盆口面积达3.5×105km2以上(包括盆沿山地)，是青藏高原北缘山间盆地，是我国第三大盆地，是我国海拔最高(2600－3000m)巨型盆地，是全封闭性内陆盆地；处于冈底斯山脉、昆仑山脉、唐古拉山脉之间的藏北高原，是最高大的内陆封闭性盆地，面积足有5×105km2－6×105km2。
塔里木盆地、柴达木盆地、藏北高原盆地都是高大山脉环绕封闭性极好的盆地，水热都较不易与外界交换，当植被水汽状况良好时，效果更为显著：从引入外界“流量”或暖湿水汽被强力带入，盆地很容易将水或水汽转化为强“存量”水体，盆地变成强“水热存储体”。
半封闭性准噶尔内陆盆地，干燥寒冷气流易从西部缺口涌入，东部小缺口山间凹地成为干燥寒冷气流强迫输出口，盆地一般难成强“水热存储体”(来自北方冷气流在面对高大天山时对准噶尔盆地水汽循环起很大积极作用)；但西风弊利共存，则在推动水热东去同时，也基本成一堵无形高墙(当未来近地北支西风在境内路径阻断绕道它去，依然是一堵隐形高墙)基本阻挡水热西部逸出，如逐步保证良好水量蒸发，建立自北向南半月形或反半月形的、自西到东连绵林带，引导三股强冷气流抵消化解，强力消耗削弱西风动能， “穿堂风”渐失(沙尘暴从风源首先基本解决，东送水热最终从沙源根本解决)，准噶尔盆地也基本渐成强“水热存储体”。
巨型盆地水热充分(塔里木盆地或盆地群水平尺度都达到或超过斜压大气地转适应临界尺度，周边高山远超过1500－2000m水汽凝结高度，大地形热力、动力作用明显（68）)，暖湿高压强力驱动水热输出，等于制造强大暖流，融蚀、侵蚀青藏、蒙古冷气团冷源地、西风冷气流，遏制削弱北支西风(西风式微，盆地群北部、东部水汽水体输送所及之地也逐步发育成较强“存量”水体区)，截断西风冷气流和青藏高原冷气团东进、北进路径，抑制世界上最强冷干高压形成；只要有5×1011m3－6×1011m3“存量”水体和良好水热“积蓄”的林草植被，盆地群强“水热存储体”便连成一体，塔里木盆地在春夏秋形成强大水汽压(可能增加10－28hPa，冬季也可能增加3－5hPa，受温度升高、冷空气团式微影响，最终四季高压可能1020—1030hPa。冬季蒙古高压与海南台湾相差18—20hPa，与塔柴川盆地气压相差8—15hPa，而夏季整个国内气压相差不过2.5—5hPa，蒙古高原与塔柴川盆地气压相差也是5—2.5hPa)。随蒙古冷高压形成条件弱化到“摧毁”(蒙古也逐渐向温湿植被良好方向发展，可能最多冬季达到加拿大极地高压北美高压南印度洋南大西洋1022—1026hPa，春夏秋也就1002—1015
hPa)，蒙古高压中心很可能被塔里木暖湿高压中心摧毁。巨型大盆地群成“制造气候”的“反应釜”，借苍天伟力重塑水气循环，行云播雨。
巨型盆地群温暖化和被影响地区温湿化，并不会带来冰川融化和雪线上升。空气绝对湿度和相对湿度的极大提高，导致冰川发育和雪线下降，出现增水升温气候改善和冰川发育雪线下降共存地理发展现象。冰川雪线高度与温度、降水最相关。湿润非洲赤道(乞力马扎罗山)雪线高度4570—5425m；安第斯山脉20－250S地区降水稀少冰川雪线高度世界最高6400m，其降水丰富赤道地区冰川雪线高度仅为4400m－4900m；喜马拉雅山南坡冰川雪线4400－4600m，而更冷的北坡冰川雪线高达5800－6000mo(69)(70)。盆地周边冰川发育和雪线下降，促使水汽成云致雨增强内循环，冰川吸引作用“压低”水汽空间高度，减少水汽逸出。
(三)高大山脉动力约束作用是根本性保障
冈底斯山脉西起喀喇昆仑山脉东与念青唐古拉山脉衔接，海拔5500—6000m，是西藏印度洋外流水系与藏北内流水系的主要分水岭；昆仑山脉，西起帕米尔高原东部，北连阿尔金山、祁连山，东到柴达木河上游谷地与巴颜喀拉山脉和阿尼玛卿山相接，平均山脊线海拔为5000m以上，山脉北部与盆地的高差3500－4500m，南部与高原的高差500－1500m；天山山脉，横亘新疆中部，山脊线海拔4000m以上；阿尔泰山脉斜跨中、哈、俄、蒙国境，山脊高度在3000m以上。
高大山脉虽然挡住印度洋暖湿气流，造成整个北方冷干气候，但其高大山体又能够有效阻挡山脉环绕地区蒸发水汽的“逃逸”，可能成功“约束”当地蒸发90％多水汽，成功地促进水汽降水循环。环绕的高大山脉是天然“大气物理实验室”根本性保证。
(四)西风北风水汽输送助推作用
北支西风在盆地水热植被恢复前，起强水汽东送作用，未来境内式微西风和越顶西风也不时微风东送水汽。
如北支西风主体受迫转向，绕道蒙古高原北部进入西伯利亚，可能一部分直接进入西西伯利亚平原，一部分进入中西伯利亚高原和勒拿河低地经外兴安岭背面东进太平洋区，一部分经贝加尔湖东部低矮山地再次进入蒙古和东北，一部分堆积在中西伯利亚低地，西伯利亚被西风带来的部分热量影响，中、西西伯利亚堆积冷空气可能形成大西伯利亚冷湿强高压。由于地形屏障和距离源地悬远，新强冷高压可能远不如现在蒙古高压，西伯利亚冷湿气流推动蒙古高原温湿性空气南进。
北支西风转向，南支西风必然在南方、东方气流影响下(大陆大规模森林植被恢复导致的大陆气压降低也对三者产生强烈吸引作用)发生较大偏向，可能逐步转为西南向风或偏北风(汽车气动模拟拟飞机风洞试验显示，风力风向不变，当模型外形结构变化风阻增大时，“分割”气流一支变向弱化，则另一支增强“绕过”模型适度倾向前一支流变动方向，重新汇合风速减弱)，经云贵川陕豫鲁进入东北。
