也谈三峡大坝和长江下游干旱

思无崖

    按：去冬今春长江下游出现罕见干旱，经媒体报道后，三峡大坝再次被推到风口，浏览了几个不正规网站，看到一些不雅的流言，一时兴起，在自己的空间里写了简复，现在雨季来了，我再把它帖到我老光顾的嘴坛，呵呵，（注：文中长江中下游的雨季大致是6月上旬前后到来，也就是常说的梅雨季，雨季进入的日期也不是固定的，也由于各种原因出现推迟或者早来的现象）

 

   

 近来网上、媒体上重新掀起一轮对三峡大坝的指责、漫骂加质疑，起因之一就是长江下游湖北、湖南、江西、浙江等省的出现冬春持续干旱天气，质疑者认为三峡大坝落成后长江上游人为造就了一个超大湖泊，改变了长江中下游的贮水格局：原本属于洞庭湖、鄱阳湖、太湖及其水域的贮水现在被拦腰放在了千里之外的三峡，这样一来下游的集水不足，导致湖面干涸、河流径流量变小，大气中由于水分不足从而导致降雨不足，才出现几十年不遇的干旱。如果漫骂、质疑者单纯从这种貌似科学的分析来说事倒还有些可取之处，遗憾的是更多是变调的干嚎，这个问题的思考我只是想把它当做一道高考7分简答题来说几句，因为过半月就是长江中下游的梅雨季了，到时不下雨看看这些质疑者怎么说，只怕是连太平洋都会被质疑.

长江中下游由于在地貌上以平原为主，又由于长江水系对该地的生态系统、集水区、湖泊系统水文特征的巨大影响，所以在地理上习惯把它单独列入一个地理单元：长江中下游平原，前些年由于生态学在我国研究的深入，专业上多把它归入湿地生态系列，在这个包括湖北、湖南、江西、安徽、江浙等省连成连续成片陆地、水生系统里分布了大小数万计的湖泊、河流，这些水系与长江主干道一起构成长江水系，其中著名的洞庭湖、鄱阳湖、太湖、洪湖等湖泊及相关河流与长江可谓一衣带水，大河无水小河干，这种亲密关系可以说是：打断骨头连着筋，很多人说三峡大坝蓄水、排放就导致下游湖泊、河流相应水位消长就是依据这一点来的，这种说法倒也不错，但这种观点在分析降水、长江下游的连续干旱天气这个问题上就生硬、片面了。

首先，长江下游的降雨是受太平洋暖湿气流的影响，特别是春夏季节，长江下游甚至我国淮河流域、江南两广一带的降雨主要是太平洋气流的内移到上述地域的上空形成冷暖对抗、升降徘徊的槽控局面而形成的。梅雨连天的经历相信每年都不会少的，今年也不会例外，再等等看，“南楼楚雨三更远，春水吴江一夜增”画面的是短期改变不了的，这里说的长江流域的梅雨天降雨受太平洋暖湿气流的影响，主要是我国的春夏之交和夏季，到了冬季、冬春控制这个区域的就不是太平洋暖湿气流了而改成主要是西北利亚亚速尔（Asian）高压控制的干燥的大陆气流了，这种气流由于是从西北利亚 、蒙古高原吹来的，里面水汽含量少，冬季它往我国长江流域及东南一带猛窜，相比春夏这个区域降雨量巨大的反差来说，干季、雨季差别十分明显，所以长江中下游一带冬春季干旱少雨就不足为奇了，但质疑者对今年该区域干旱的理解是：由于三峡大坝的建成，人为的控制了长江中下游的径流量，把水关起来不让它持续流放，这就造成下游江水水位很低，加剧了下游很多湖泊在冬季本来就因降雨、河流补给不足而出现的低水位不利情形，下游湖泊水没了 ，空气中也就没了水汽补给，空气都干了还能降水吗？这种质疑不是没有道理，但问题是长江下游的河流、湖泊并不是处于干涸无水的局面，事实上象洞庭湖、鄱阳湖、湖北境内的湖泊没有几个是干涸见底滴水不留的，湖泊、河流只要不是干不见底，该相关区域空中的水汽含量就不会少的，可见这种质疑干旱的观点也是缺少科学依据的。

有质疑者承认长江下游的降雨在春夏主要受太平洋暖湿气流的影响，冬季则基本相反，该地区冬季的降雨还受该区域地表积水、土壤、植被含水量的影响，由于地表积水，土壤、植被含水量直接影响空气湿度，空气湿度小了就导致降雨不足，形成干旱天气，三峡下游的干旱天气就是大坝的建成后人为的把这些水拦在中上游，致使中下游地表积水减少，土壤、植被含水减少，只要是稍微有点常识的人看到这种指责也会回应的：三峡大坝的建成蓄水已有10个年头了，建成后它也不是完全切断了长江的流水 ，它只是改变了长江主河道流量的月季波动，就算去年冬天至今春下游的干旱少雨受了这个季节流量波动的影响，去年，前年，前前年这种波动也是存在的，怎么没出现目前的媒体“抽样”拍照形成的干旱，单单拿今年的干旱出来不作客观的分析只作无端的指责显然有失公正，指责背后的片面之辞也就不攻自破了，因为按这种推断分析下去，那2009年、2008年、2007年，，，，冬季长江下游也该出现今年一样的干旱少雨局面，因为大坝多年前就开始它的使命，默默的工作好多年了。

长江下游许多湖泊的水流补给主要依靠自身的河流补给，象洞庭湖的水主要来自湘江、沅江、耒水等水系，鄱阳湖的水流补给主要是赣江、抚河、修水   等河流的补给，而这些河流上尽管多建有水坝，但也只是改变了上游河流的流水节律，并不是不给水，可是实际情形是它水位下降很多，这与鄱阳湖自身的水文特征有极大关系，扯上三峡那就有点远了，（2007年 鄱阳湖流域就出现过罕见干旱） 三峡大坝里蓄的水有多少是这些湖泊、河流里的呢？其实三峡蓄水主要是来自太平洋的水和喜玛拉雅的冰川季节融水。

其实极端天气、甚至象今年三峡下游的干旱少雨情形，早在多少年前就出现过，并不是三峡大坝出现后的事儿，也不是长江流域独有的，不去科学的分析这些极端天气形成的原因并“趋利避害”以有效减少它的危害，却耗费三峡大坝发出大量电力来对它进行攻击，这种空手进赌场借钱赢钱的做法倒是令江湖人士不齿。

 

[此贴子已经被作者于2011-9-21 22:54:18编辑过]

思无崖

美丽的湿地

思无崖

思无崖

尘土.

我有一个笨想法，地球上十分之七是海洋，雨水多少主要与海洋有关才对吧

尘土.

学习了，谢谢

思无崖

以下是引用尘土.在2011-6-6 16:50:00的发言：
我有一个笨想法，地球上十分之七是海洋，雨水多少主要与海洋有关才对吧

    地球上海洋贮水量基本可以认定是不变的，雨水多少主要与地理纬度、海陆位置、气温（太阳辐射）有关，但局地气候形成的原因又比较复杂，举个例子：山地小气候，象庐山东坡经常可以见到因鄱阳湖水气沿庐山山地上升形成的地形雨，这是庐山与鄱阳湖特殊地理位置产生的小气候，是可以解释的，这种小而全的水陆位置产生的气候在三峡库区也存在，因为三峡水库集水形成库区也会对周围的水气条件产生影响，改变周边的空气湿度，也会形成小规模的“海洋性”气候：条件许可降雨还会增多的，所谓条件许可，是指有足够影响降雨的其它诸如地形因素、大气环流、气压等因素，但这种小规模的海洋性范围是很小的，就象鄱阳湖上面的湿度较大的空气遇上较近的庐山才能形成感觉明显的地形天气一样，遇上较远的九宫山就成“强弩之末”了，了不起吹点冷风，很难形成庐山那样明显的半边下雨半边晴的局面， 这些都是局地小气候，三峡水库建成也会形成局地小气候，但象长江中下游去冬今春的干旱天气显然不属这种小气候范畴，三峡也没那个能力影响到这么大个范围，它的产生可以说与三峡没多大个关系，（但我不否认大坝的建成对河流的连续性产生破坏，不合理的管理也可能对下游脆弱的湿地生态功能产生负面影响，降低湿地在抵抗诸如连续干旱等恶劣自然灾害天气方面的能力），三峡大坝的功能主要是用于水电开发，为国家多发电，为人类文明作贡献，这也是现今世界能源利用趋势，很多大坝的问题早有定论，再怎么着也无须去骂娘吧，呵呵，谢谢楼上回复！

[此贴子已经被作者于2011-6-6 18:21:15编辑过]

东湖楼外楼

我以为上游无水可下导致下游无水可用

莲心浅浅

其实极端天气、甚至象今年三峡下游的干旱少雨情形，早在多少年前就出现过，并不是三峡大坝出现后的事儿，也不是长江流域独有的，不去科学的分析这些极端天气形成的原因并“趋利避害”以有效减少它的危害，却耗费三峡大坝发出大量电力来对它进行攻击，这种空手进赌场借钱赢钱的做法倒是令江湖人士不齿。

 

 

拜读了LZ大作，又学了一些知识哦，呵呵

茬子

人类的那点力量想改变气候，有些不大可能。

 

人定胜不了天。

兵马俑

 

三峡工程时下是个敏感的话题，本不想发表意见的，但看了思无涯先生《也谈三峡大坝和长江下游干旱》一文，如鲠在喉，不得不说几句：

1、 长江于中国，犹如动脉于人体，如果在你的血管上打个结，你会舒服吗，你会健康吗，你会不关心吗。我想请教思无涯先生什么是正规网站，什么叫不正规网站，什么叫不雅言论？

2、三峡工程2003年从135米蓄水，到2009年175米蓄水未就，几年间长江上游的川渝地区交替出现的洪涝、干旱、高温极端天气和频繁的自然灾害，特别是今年长江中下游流域史无前例的大旱，这种已经危及人类生存的现象你能说与什么无关吗？如果你说的与什么无关，为何国务院史无前例的要求妥善处理三峡蓄水不利影响？

3、防洪、发电、通航、补水是当初建设三峡大坝的主要目标。现在只有发电的功效我们看得到，问题是投资数千亿今后可能还要花费更高代价的工程，纳税人享受了优惠的电价吗！试问思无涯先生，当股民用自己的钱买了不断贬值长江电力股票和不断上涨的电能，坐在电脑前发点意见发点牢骚，怎么又令江湖人士不齿了呢？

4、长江流域水资源开发如火如荼，在金沙江、在大渡河、在雅砻江。希望“守着长江没水吃”这句活不是危言耸听！

本人不懂气象学、也不是地球物理家，下面转载一篇相关论文，思先生看看有没道理。

兵马俑

 

三峡大坝对地区降雨的影响

   江鸟又见译自http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20060026168_2006228297.pdf

作者

Liguang Wu , Goddard Earth and Technology Center, University of Maryland, Baltimore County and Mesoscale 
             Atmospheric Processes Branch, Laboratory for Atmospheres, NASA Goddard Space Flight Center,
             Greenbelt, Maryland；
Qiang Zhang, 中国、北京、中国气象所国家气候中心；
Zhihong Jian, 中国、南京、南京科技信息大学.

联系作者地址 Dr. Liguang Wu, NASA/GSFC, Code 613.1, Greenbelt, MD 2007 1.
                          E-mail: Liguang@agnes.gsfc.nasa.gov

提要

     有关为发电及防洪而修建大型水坝的课题，一直为各个领域的自然和社会科学家，包括政策制定人和普通百姓进行着广泛的讨论。自从中国政府正式批准三峡大坝建造以来，这个世界最大水电项目就引起了许多从社会经济到气候影响诸方面的争辩。三峡大坝从2003年6月起开始投入使用。
     本文对三峡大坝的对地区降雨的影响，通过美国航天总署（NASA）的热带降雨量测计划程序（TRMM）进行了研究，对地表温度和高分辨精度地理模拟，则利用中等分辨率影像光谱射电仪（MODIS）及美国宾州大学大气研究国家中心（PSU-NCAR）第五代中等尺度规模模型（MM5）予以考察。独立的卫星资料数据和数字模拟技术表明，在三峡大坝水位于2003年6月突然从66米提升到135米后，因三峡工程造成的土地使用的改变，已经引起了大巴山和秦岭山脉之间地域降雨量的增加及三峡大坝附近降雨的减少。本研究说明：三峡大坝对气候的影响范围是地域性的（约100公里量级），而不是过去某些研究估计的是局部性的（约10公里量级）。

1.引言

    当世界最大水电工程长江三峡大坝，从宜昌市直到重庆直辖市延伸660公里长，并覆盖水面1040平方公里，成为中国水利枢纽的骨干（参考文献Wang 2002）。自从1992年4月中国人民代表大会正式批准立项，三峡大坝已经引起了广泛的争论。其影响包括对水库区域的自然环境和社会环境两个方面（Wang 2002； Edmonds 1992；Gwynne and Li 1992；Xie 2003；Shen and Xie 2004；Miller et. al. 2005）。然而土地使用的改变最终将怎样影响区域的气候，仍然不清楚。根本文据几个特定的现场试验和理想化模拟（Zhang et al. 2005），过去的估计是，三峡水库对气候的影响主要在长江水道数十公里范围之内（Zhang et al. 2004, Miller et al. 2005）。

    因三峡大坝引起的土地使用的变化对区域气候的影响，应当跟周边复杂的地域山势有关。长江总的流动趋势是沿着四川盆地南缘向东，切断巫山山脉之后到达三峡大坝（图1）。跟巫山在东头相连，跟北面的秦岭相对的，是大巴山山脉。大巴山沿四川盆地的北缘自西南向东北而行，其平均海拔为2000米左右。三峡水库在2009年之后将淹没632平方公里的土地，其水道的平均宽度将从0.6公里增加为1.6公里。增加的水道面积将加强当地蒸发并降低附近的温度。其结果是水道上方的大气更加稳定，进而使660公里长江水道大气产生不规则向下垂直运动（Miller et al. 2005）。如果所产生的中等尺度的向下垂直运动跟三峡大坝附近几百公里内的复杂地貌相互作用，那过去所估计的三峡大坝对气候的影响尺度范围将受到质疑。

    三峡大坝自2003年6月起被部分启用，其水位从66米骤然提升到135米。水面加大了的水道提供了一个观察研究三峡大坝对气候影响的机会，这正是本文的主要目的。本研究的数据资料来自美国航天总署（NASA）的热带降雨量测计划（TRMM）和Terra卫星，加上使用美国宾州州立大学大气研究中心（PSU-NCAR）第五代中等尺度模型（MM5）的高精密度数字模拟技术，来考察世界最大的水电工程对区域性（100公里数量级）气候可能产生的影响。

2.对卫星数据的分析

    因为在山地区域难以得到常规雨量测量计数据，我们利用NASA TRMM 多卫星降雨分析技术（TMPA）得到的逐月降雨数据来代表三峡大坝区域的降雨。数据是综合来自卫星（包括微波及红外降雨估计）多重降雨估计，也包括可以得到的精度0.25°x0.25°雨计分析结果（Huffman et al. 2006）。卫星观测降雨（mm/month, 毫米/月）数据被分为两组，1998年1月到2003年1月一组，2004年1月到2006年1月另一组。分别代表三峡大坝水位骤增前后两个时期。

图1表现了TRMM技术给出的上述两个时期月降雨差别的空间分布。其中正值的等值线（实线）基本上出现在长江以北，而减低了的降雨率（虚线）处在三峡大坝附近及长江以南。正值等值线的最大值粗略地说平行于长江，且分布在距离长江约150公里地带，说明由于三峡大坝的修建土地使用改变结果在这些地方增大了降雨。虽然，降雨率等值线里也包含某些自然界的变化以及卫星得到数据产品的不确定因素。

    由于自然环境的变化，诸如厄尔尼诺现象和十年周期震荡等，都是在一个大的时间尺度内发生，所以我们可以得到一个新的时间系列，即把TRMM降雨率时间系列所在的空间地理区间分成相互对照的两个区域：一个是降雨增加的地域（北纬区间31.0-34.0°N，东经区间107.0-111.0°E）；另一个是包括整个三峡水库周围地域（北纬区间28.0-34.0°N，东经区间107.0-111.0°E）。对于这两个地域，自然环境变化的影响应当是非常相似的，因此这一影响在新的时间系列中可以在很大程度上予以削减。此外，就整个三峡水库地域来说，时间系列中三峡大坝的影响是相对弱小的，因为该地域中包括了正负两种等值线的缘故。图2表现了新的时间序列，展示了2003年开始水位骤增69米后的降雨强化现象。注意，2004年的降雨增加在后三年中虽然是最小的，然而跟之前5年中出现在2000年的峰值还有得一比。一个学生的T实验表明，此变化的统计重要性水平为98%。此图明示，三峡工程对长江以北夹在大巴山和秦岭山脉之间地域的降水有着显著的增强。

   三峡大坝对大巴山与秦岭山脉间降雨的增强会导致地表温度（LST）的变化，其原因是增强了的对流对于到达地面的太阳射线会有影响。为了考察这种可能的地表温度的变化，我们利用了在航天总署的Terra卫星上的中等精度影像光谱射线仪（MODIS），其影像精度为0.05°x 0.05°。图3 展示了日夜温度差对整个三峡水库地域（北纬区间28-34°N，东经区间105-112°E）的平均，和对一个相对小的对应于增强了的降雨区（北纬区间31-33°N，东经区间108-110°E）的平均。在2003年水位增加到135米之后，此图展示了三峡大坝对夹在大巴山和秦岭山脉之间区域地表温度LST减少的效应，以及主要来自于白日温度冷却之差（图3b），约0.67°C，还有出现在夜间的地表温度LST较小的变化（图3c）。这里白日地表温度LST的冷却效应，是跟前面由TRMM卫星数据得来的降雨量增加的结论相一致的。

兵马俑

3.数值模拟

     为模拟根据TRMM卫星数据得来的三峡大坝的影响，进行了两个MM5模型的非静水版本的数值试验。试验是对八月1日到30日的一个月的整合，包括9公里和3公里范围两种精度，并采用双向筑巢技术（two-way nesting technique）。共有28个铅直水平面，具有高分辨精度平面边界层（PBL）。作为初始和边界条件，使用了来自环境预报国家中心（NCEP）的粗（2.5°x 2.5°）分辨率12小时再分析法。模型物理选择包括伽达分辨微波物理技术、高分辨率布莱卡达PBL技术、以及对射线的快速雷达转换模型。三峡工程造成的土地使用变化，是以3公里宽的网格覆盖东经108°到111°E之间的沿长江谷地的水面模拟。
 
    数值解说明，三峡大坝效应改变了月平均降雨，与此同时并没有改变降雨过程的频率。相应与东经108°至111°E土地使用的变化，降雨的变化主要集中在东经109.0°-111.0°范围。跟TRMM降雨率相比，图4展示了中度的百分比的降雨变化，二者都是对于东经109.0°- 111.0°E的平均。


    所有图1到图4的TRMM数据展示的基本特征的一致指出，介于大巴山和秦岭山脉之间谷地的模拟降雨是被明显地增强了，而在三峡大坝附近的降雨却被降低了。这种一致说明了本数值模拟抓住了三峡大坝的效应的主要特征。在图3 中展示的TRMM降雨率的变化，除了秦岭山脉之外，可以大致上用来作为数值解的降雨变化率的平滑整合。

     进一步的数值模拟试验指出，大巴山与秦岭山脉之间因三峡大坝而增强的降雨在下午期间达到了峰值。这是跟白日地表温度被冷却相一致的。

    虽然如图4所示模拟降雨的变化基本上与TRMM数据相符，数值模拟毕竟也有某些无法跟TRMM数据相容的特征。例如，模拟降雨在刚刚过长江以南处突然骤增，以及在大巴山与秦岭山脉间的谷地范围降雨随纬度的变化，从-15%至50%是太快了些。由于缺乏这种尺度细节的降雨数据，我们还无法确定这些局部的表现是否来自单个一月数字模拟的不稳定性。

4.总结 

     通过美国航天总署（NASA）的热带降雨量测计划程序（TRMM）进行的降雨率分析表明，三峡大坝水位自2003年6月骤增至135米之后，三峡工程相关连的土地使用的变化，增加了大巴山与秦岭山脉之间区域的降水，而减少了长江附近的降水。将三峡大坝的影响利用MM5模型处理就可以对其增强降雨进行数字模拟，而其结果同由MODIS/Terra数据产品导出的地表温度的下降是相一致的。本研究指出，像三峡大坝一类的人造水库对气候的影响的尺度是地域性的（100公里数量级），而不是局部性的（10公里量级），如过去一些研究所估计那样（Zhang et al.2004;Miller et al. 2005）。到2009年，三峡大坝将完全淹没660公里的长江江段，其水位将进一步加高到175米。到那时，三峡大坝将很可能会进一步改变区域性的降雨。应当指出，基于TRMM的降雨计算结果也许会包含重要的不确定性，因为它非常依赖与低精度的来自地球同步卫星的红外数据及到手的雨量计测定数据去抵消TRMM微波数据的时空局限（Huffman et al. 2006）。我们仍然需要进一步的研究来完全了解三峡大坝对地域气候的影响。

致谢

    Liguang Wu 衷心感谢 Ramesh Kakar 经过 NASA EOS 项目（EOS/03-0000-0144）提供的资助。我们感谢 Guojun Gu 获取 TRMM 数据的工作。同样要感谢三名匿名文献评审人提供的审稿评议，使原稿得以改进发表。

参考文献

Edmonds, R. L., 1992: The Sanxia (Three Gorges) project: The environmental argument
surrounding China’s super dam. Global Ecology and Biogeography Letters, 2, 105- 125.

Gwynne, P, and Y. Q. Li, 1992: Yangtze project dammed with taint praise. Nature, 356, 736.

Huffman, G. J., R F. Adler, D. T. Bolvin, G. Guy E. J. Nelkin, K. Bowman, E. F. Stocker,
and D. Wolff, 2006: The TRMM multi-satellite precipitation analysis (TMPA): Quasi-global,
multi-year, combined-sensor precipitation estimates at fine scales. Submitted to Journal of Hydrology.

Miller, N. L., J. Jin, and C-F Tsang, 2005: Local climate sensitivity of the Three Gorges Dam. Geophysics Research Letters, 32, doi: lO.l029/2005GLO22821.

Shen, G., and Z. Xie, 2004. Three Gorges Project: Chance and challenge. Science, 304, 681.

Wang, J., 2002: Three Gorges Project: The largest water conservancy project in the world.
Public Admin. Dev. 22,369-375.

Zhang, Q., S. Wai, Y. Mao, Z. Chen, and Y. Liao, 2005: Characteristics of temperature
changes around the Three Gores with complex topography. Advances in Climate Change
Research, 4, 16-20 (In Chinsese).

Zhang, H., C. Zhuo, X Ju, and Q. Zhang, 2004: Numerical modeling of microclimate effects
of Shanxia Reservoir, Resources and Environment in the Yangtze Basin, 13, 133-137 (in Chinese).

兵马俑

蓝海豚

 

      人应该对大自然有敬畏之心。失败的丹江水库已经摆在那里了，只希望三峡大坝明天不要变成埃及阿斯旺大坝的今天。