檀成龙
再论西北超深盆地的空中水汽与降水互为因果(2020修正版)
2020-12-12 08:20
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再论西北超深盆地的空中水汽与降水互为因果

 

在《西北超深盆地的空中水汽与降水高度正相关并且互为因果》一文,作者阐述了西北超深盆地的空中水汽与降水(指多年平均值)互为因果、互为正反馈过程中间变量的论点。下面进一步论证空中水汽与降水互为因果的论点。

如果变量AB高度正相关或高度负相关,那有五种可能性:A导致B,就是说,A是因B是果;B导致A,就是说,B是因A是果;A导致B,还有B导致A,这就是说AB互为因果;  C导致AB,就是说,C是因,AB都是果,AB之间没有因果关系,例如,父母为纪念小孩出生,在住宅大院种了一棵小树,随着时间的延续,小孩和小树一起成长,小孩的身高和小树的高度可能高度正相关,在这里,时间的延续是因,小孩的身高和小树的高度都是果,小孩的身高和小树的高度之间没有任何因果关系;小样本引起的巧合。以上内容请参阅http://www.zhihu.com/question/20076107。以上分析说明变量AB高度正相关或高度负相关,除第种情况以外,都有因果关系在暗中起作用,只是因果关系的具体类型不同而已。

如果找到了某个高度正相关或高度负相关,那就要深入研究,追根溯源,顺藤摸瓜,力争找到某个因果关系,尽力破解相关性背后的物理定律或作用机理。有些自然现象的因果关系比较明显,简单的观察分析就能发现;但有些自然现象的因果关系比较隐蔽,若隐若现藏得比较深,简单的观察分析很难发现,必须借助工具才能发现,相关研究就是这样的工具,大数据领军人物周涛教授的认识是“相关性分析是寻找因果关系的利器”。在高度相关、密切相关基础上,追根溯源,顺藤摸瓜,可能是发现若隐若现的因果关系的捷径。找到了某个高度相关、密切相关以后,就此停步不前,那就过于消极了,如果不再追根溯源,顺藤摸瓜寻找因果关系,那就有错失良机的可能,那样的话,相关研究的结论不能作为推理预测的依据,不能指导实践,相关研究也就变得毫无意义。

以上分析说明,相关关系和因果关系既有区别又有联系,只看到两者之间的联系看不到两者之间的区别是错误的;与此相反,只看到两者之间的区别看不到两者之间的联系也是错误的。如果变量AB高度正相关或者高度负相关,那就有AB互为因果的可能,看不到这种可能性,忽视这种可能性,对自然奥秘的探索极为不利。以下在分析空中水汽与降水关系的过程中,我们把空中水汽的量化指标参数设为A,降水的量化指标参数设为B

 

1 空中水汽决定降水、空中水汽导致降水(A导致B)的作用机理

据数理统计的研究,中国各地多年平均降水量P与空中水汽的5个量化指标参数(空中水汽含量即可降水量W、地面水汽压e、地面绝对湿度a、相对湿度U、地面比湿q等)都是高度正相关,空中水汽5个量化指标参数越大的地方,多年平均降水量越大;空中水汽5个量化指标参数越小的地方,多年平均降水量越小。那么,中国各地多年平均降水量与空中水汽5个量化指标参数高度正相关的作用机理是什么?

在一年3658760个小时的时间尺度内,空中水汽越多的地方,水汽变成降水的几率越大,年降水次数越多,雨日越多,平均每次降水的雨量越大,所以,年累积降水量越大;与此相反,空中水汽越少的地方,水汽变成降水的几率越小,年降水次数越少,雨日越少,平均每次降水的雨量越小,所以,年累积降水量越小。在空中水汽量化指标参数很小很小的极端情况下,变成降水的几率就很小很小,年累积降水量就接近于零;在空中水汽量化指标参数很大的极端情况下,水汽就极易达到饱和浓度,相变成雨的几率就很大,年累积降水量就很大。这说明空中水汽决定降水,空中水汽导致降水(A导致B

 

2 站在整个地球的视角研究全局问题,空中水汽与降水互为因果

把整个地球作为研究对象的话,没有降水,那地面植物、江河湖海就不能得到空中降水的补充,那下垫面就没有水分可供蒸发,空气中就没有水汽;有了降水,地面的植物、江河湖海就能得到空中降水的补充,那下垫面就有水分可供蒸发,空气中就有水汽。所以,降水决定空中水汽(B导致A

空中水汽是降水的物质基础,降水来自于空中水汽的相变,没有空中水汽就没有降水,有了空中水汽才有降水的可能。空中水汽充足的话,一年3658760个小时,总有满足降水三要素的时候(凝结核始终存在、气流上升冷却降温不是小概率事件),水汽迟早要变成降水(水汽在空中平均停留时间8~9天);空中水汽长期不足的话,那就很难满足降水三要素的条件,空中水汽就不能变成降水。所以,空中水汽决定降水、空中水汽导致降水(A导致B

由以上分析可知,把整个地球作为研究对象的话,既有降水决定空中水汽(B导致A);又有空中水汽决定降水、空中水汽导致降水A导致B),所以,空中水汽与降水互为因果。

 

3 站在西北超深盆地的视角研究局地问题,空中水汽与降水也是互为因果

3.1为什么说本地水汽的数量是影响西北超深盆地降水量的关键变量

超深盆地是指盆地四周山脊平均海拔比盆地底部海拔高很多的盆地,例如我国的四大盆地。柴达木盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地都位于西北,都是超深盆地,统称西北超深盆地。以盆地四周山脉脊线为界,盆地底部和四周分水岭范围以内的山地都属于超深盆地的研究范围。关键变量是对结果影响很大的变量,例如:当今世界正经历百年未有之大变局,科技创新是其中的一个关键变量”。中美关系被认为是对全球未来影响最大的关键变量之一”。个人就学就业的机遇如何?个人选择的职业与兴趣特长是否相符?与谁结婚?这些都是人生成功与失败的几个关键变量。对西北超深盆地来说,本地水汽的数量就是影响当地降水量的关键变量,理由如下:

第一,超深盆地的外来水汽由大气环流控制,不受人为调控,基本上在多年平均值上下波动,变化很小;而本地水汽在一定程度上可以人为调控例如跨流域调水沙漠变绿洲从而增加西北下垫面每年蒸发产生的本地水汽数量,因此,本地水汽可以是很大的变量。对西北内流区超深盆地来说,蒸发能力很强,但当地没有足够的水分可供蒸发,年实际蒸发量取决于水源的供应。可供蒸发的水分越少,年实际蒸发量就越少,西北内流区蒸发产生的本地水汽就越少;反之,可供蒸发的水分越多,年实际蒸发量就越多,西北内流区蒸发产生的本地水汽就越多。

第二,据后续理论探索《超深盆地四周的巨型山脉对本地水汽和外来水汽的影响截然相反十五论……》的研究,超深盆地四周的巨型山脉既强力拦截阻挡外来水汽进入超深盆地,也强力拦截阻挡本地水汽逃出超深盆地。本地水汽在超深盆地四周山地变成降水的比例高达75%左右;本地水汽还能诱导俘获沉底外来水汽使其变成俘获降水。

第三,据后续理论探索《在新疆变成降水的比率本地水汽是外来水汽的15十六论……》的研究,低海拔的本地水汽向上运动趋近外来水汽平均海拔的过程中,较大数量也可以说大约一半的本地水汽将冷凝析出变成降水,机理解释和客观事实都证明低海拔的本地水汽比高海拔的外来水汽容易在本地变成降水。本地水汽部分优先再加权平均的估算结论是在三山夹两盆的新疆,1吨本地水汽变成的降水量大约相当于15吨外来水汽变成的降水量。

第四,在西北内流区超深盆地,本地水汽和降水量有一个正反馈的作用过程。本地水汽增加致使空中水汽的存量和降水量都增加,降水量增加反过来促使本地水汽增加(正反馈作用),超深盆地的本地水汽和降水量能够互相促进良性循环。

 

3.2西北内流区超深盆地的空中水汽与降水是互为因果的关系

对西北内流区超深盆地来说,蒸发能力很强,但当地没有足够的水分可供蒸发,年实际蒸发量取决于水源的供应,而降水恰恰就是当地供水的来源。可供蒸发的水分越少,年实际蒸发量就越少,蒸发产生的本地水汽就越少;可供蒸发的水分越多,年实际蒸发量就越多,蒸发产生的本地水汽就越多。西北的空中水汽部分来源于外来水汽,这部分变化很小,就在多年平均值附近波动;部分来源于本地水分的蒸发(本地水汽),这部分随着供水来源的变化而变化,并且本地水汽比外来水汽容易在本地变成降水,因此,这部分成了关键变量并且在跨流域调水的作用下能够成倍增加,所以,西北的空中水汽=变化很小的外来水汽+成了关键变量并随着供水来源变化而变化的本地水汽,所以,降水决定西北内流区的实际蒸发量和本地水汽的数量、降水决定关键变量和空中水汽的数量B导致A

对西北内流区超深盆地来说,当地空中水汽很少,空中水汽的5个量化参数(空中水汽含量即可降水量W、地面水汽压e、地面绝对湿度a、相对湿度U、地面比湿q等)都很低,如果向西北特大规模调水沙漠全部变成绿洲,那下垫面长时间大面积的水分蒸发将导致当地的空中水汽明显增多,空中水汽的5个量化指标参数都能明显增加,那么,在一年3658760个小时的时间尺度以内,空中水汽变成降水的几率就会变大,年累积降水量就会变大。所以,空中水汽决定降水,空中水汽导致降水(A导致B

由以上分析可知,对于西北内流区超深盆地来说,既有降水决定实际蒸发量和本地水汽的数量、降水决定关键变量和空中水汽的数量B导致A);又有空中水汽决定降水、空中水汽导致降水(A导致B),所以,空中水汽与降水互为因果。


综合全文可知,空中水汽来源于下垫面降水的蒸发,而降水又来源于空中水汽的相变。没有降水就没有空中水汽,没有空中水汽就没有降水。无论是站在整个地球的视角研究全局问题,还是站在西北内流区超深盆地的视角研究局地问题,空中水汽与降水都是互为因果的关系,是鸡生蛋、蛋生鸡的关系。西北干旱少雨的主要原因和短板是空中水汽不足,向西北大规模、特大规模跨流域调水,下垫面沙漠变绿洲将蒸发产生大量的本地水汽,鸡生蛋、蛋生鸡,就能大幅增加西北的多年平均降水量。

 

本文预印本的下载网址:

https://preprint.nstl.gov.cn/preprint/main.html?action=showFile&id=2c929e867544c56901765141b9c10362



参考资料:

[2]《大变局“进行时” 中美关系该如何期待?——专访中国国际经济交流中心总经济师陈文玲》,2020年12月07日,http://www.chinaqw.com/sp/2020/12-07/278696.shtml

[3] 大数据思辨:如果相关不意味着因果,那么意味着什么?》,2016-07-07 ,

http://www.360doc.com/content/16/0707/20/3066843_573850718.shtml

[4] 大数据领军人物周涛专著<为数据而生>横空出世》, 2016-05-05, https://www.sohu.com/a/73501182_415280

[5]《走近大数据界的领军人物介绍》,2020-09-22,科研和自己的公司都非常成功,

http://www.bizleader.cn/renwu/2020092239773.html

 

 

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