海洋气象预报工作者
发表时间：2016-09-17 08:26:06
上周，青海省西宁市举办了“天河工程”论证启动会暨第一次专家组会议，会上讨论了一个略带科幻色彩的话题：“跨区域空中调水”。原话是“科学分析大气中存在的水汽分布与输送格局，进而采取人工干预手法，实现不同地域间大气、地表水资源再分配。”
据报导，“天河工程”团队现在已经开展了云监测卫星及卫星星座初步论证、地面实施系统初步构想，针对云水资源监测需求完成了有效载荷需求分析及卫星初步方案，开展了采用火箭、导弹实现中远程人工降雨实施方案的研究。
又是卫星、又是星座、还有火箭和导弹，满屏魔幻现实主义色彩。然而，在气象学老司机眼里，只看到“人工降雨”四个字。
对，这就是一个高端的“人工降雨”，只是选了一个合适的地点，把降雨客观上变成了跨流域调水。等我解释完这个过程，大家就能理解取一个好名字是多么重要。
“天河”在哪里？
在大气中低层（10公里以下）范围内存在稳定有序的水汽输送通道，可将其称为“天河”。通道的位置在哪里、通道内的水汽是否充沛，都是影响“天河工程”的关键。
青海大学校长王光谦在“天河工程”论证启动会上说道：“可在中国三江源的黄河流域和长江流域的分水岭实行空中调水，改变云水资源在两个流域间的转化，以增加黄河流域的降水量”。
三江源是长江、黄河和澜沧江的源头汇水区域。本来大多涌向东南的水汽在这里要经过黄河流域和一部分内流区，如果能在水汽涌向东南长江流域之前就“拦截”下一部分，沿着黄河干支流送往北方，的确可以在不修建地面渠道的情况下达到“南水北调”的效果。
那么三江源高空的水汽输送情况如何呢？我们来看图说话。
衡量水汽输送大小的物理量是“水汽通量”，表示在单位时间内流经某一单位面积的水汽量。为了寻找天河，我们需要将空中各层的水汽通量计算出来再累加在一起。根据李生辰等人的研究， 1965-2004年的40年内，我国6-9月气候平均的 “天河”（整层水汽通量）如下图所示：
这是一张整层水汽通量的水平分布图，红色圈内是我国东南地区，黑色框内即是三江源区。图上的每一个格点都有一个小箭头，箭头的方向代表水汽输送的方向，长度代表水汽输送的大小。我们可以想象较粗的绿色箭头就是图中最大的“天河”，它将孟加拉湾的水汽输送到红色圈内，为我国东南地区，也就是长江、珠江流域带来了丰沛降雨。而三江源地区，其南边界恰好是大“天河”支流的末端（较细的绿色箭头），西部和北部边界虽然尽管量级很小，但也有水汽输入。
如果“天河工程”能够在人工干预天气的技术上，有效利用南边界甚至西、北边界的水汽输送，那么就“有望每年在青藏高原的三江源地区增加降水25亿”。而在三江源北面的祁连山和柴达木地区，由于高空的水汽输送相对较少，“天河工程”预期可以实现的年增水分别在“2亿和1.2亿立方米”。这相对于黄河每年600多亿立方米的径流量，相对南水北调每年95亿的规划流量，已经相当不可忽视了。
我们已经了解了“天河”的位置和水量的大小，下一步就是分析如何取水降雨。
如何取“天河”水
向天取水的技术其实已经较为成熟。降雨需要两个条件，一个是充足的水汽，另一个就是水汽凝聚成雨滴所必须的“凝结核”，目前人工增雨的方式就是增加凝结核。通常是以飞机或导弹为载体，向云中撒播催化剂（盐粉、干冰或碘化银等），成为云中水滴的凝聚核，使水滴在其周围迅速凝聚，增大到一定程度后降落到地面，形成降水。
据报道，2013年青海省人工影响天气办公室，在总面积达到30余万平方公里的三江源地区，通过人工增雨作业增加降水42.91亿立方米，相当于300个西湖水体容量。所以“天河工程”要达到的增水目标还是有可能实现的。
尽管总量可以实现，但是在运作成本上仍然有改善空间。并不是每次增雨作业都能够成功，事实上，根据物质守恒，如果天上没有云和水汽，撒播再多的碘化银也变不出雨水。这也正是目前人工降雨的技术难点，需要在作业前对本地区上空云的发生发展、上游云的移速移向做出准确的预测，抓住有效作业时间，减少不必要的物资浪费。
可持续性和风险
尽管目前看来“天河工程”向天取水是可行的，但该工程是否就能一劳永逸了呢？
据研究统计，通过南边界进入三江源地区的水汽量近40年呈波动减少趋势，减少幅度为每10年7.7×106kg/s，西边界水汽输入呈缓慢下降趋势，每10年减少4.7×106kg/s，北边界也呈减少趋势，幅度为每10年3.5×106kg/s。这样的趋势下，流入三江源地区的“天河水”是越来越少的。
然而，奇怪的是，三江源地区的水汽盈余不减反增：前10年（1965-1974年）净盈余46.4×106kg，后10年（1996-2005年）净盈余增加到56.1×106kg。实际上，总水汽量的增加是通过东边界的“节流”所得，每年自东边界水汽输出的减少幅度较大，达18.6×106kg/s。
这样看来，只“节流”不“开源”，利用三江源上空的“天河”水就存在两大隐患：第一种是“天河”水越用越少不可持续，第二种是输出到下游的水汽总量已经呈减少趋势，再“人工截流”之后，对下游水资源和气候生态造成的影响如何量化呢？
目前刚刚结束的只是 “天河工程”第一次专家组会议，相信随着后续论证的开展和信息的披露，关于工程的可持续性和潜在的风险，会有更明确的说法。
参考文献
李生辰, 李栋梁, 赵平,等. 青藏高原“三江源地区”雨季水汽输送特征[J]. 气象学报, 2009, 67(4):591-598.
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