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[转载]GRDC (Global Runoff Data Centre)数据下载: dayon 2020-6-27 22:33; GRDC (Global Runoff Data Centre) 终于开放了数据下载功能（ 2020-06-24 ），此前下载数据需要与数据管理者（组）联系，提供相应的研究计划才能够获取数据。 GRDC 提供了目前全球可开放获取的最丰富的径流资料，站点数据系列长度如图 1 所示，其中北美和欧洲部分序列最长，但其他地区数据序列仍很有限。 GRDC 提供三种下载方式 1 、地图选取， 2 、站点选取， 3 、区域选取（方格）。选取合适的站点后，跳出资料页，填写相关资料（包括联系信息，数据格式等）提交即可很快收到一份邮件。点击邮件即可下载相关数据。数据分 Daily 和 Monthly ，数据格式基本类似。 https://portal.grdc.bafg.de/applications/public.html?publicuser=PublicUserfbclid=IwAR1XhMspHpqAiY9LXlVOPR6WqWVDX4ntPG7CglnF6LtudKgjtSc5P02HOtc#dataDownload/Home; 个人分类: 科研笔记|0 个评论

基于机器学习的国际河流径流评价研究成果发表在WRR: 热度 2 jiasf 2018-12-16 19:23; 国际河流的测站本来就少，加之各国之间互相保密，径流信息很难获得。我们研究组关注国际河流的水资源评价已经超过十来年了。大概从2007年开始，多次应印度有关机构的邀请，去印度、孟加拉、尼泊尔等地参加兴都库什-喜马拉雅地区气候变化与水资源安全研讨会。曾经利用国际模拟产品评估过布拉马普特拉河-恒河-米格拉河水系（BGMS）的天然径流量及其国别分布，并给印度的同行说不要担心中国在雅鲁藏布江的用水，因为从雅江干流中国境内来的水占全流域水量的比重不过百分之十几！即便全部截住也影响不大，何况中国境内用水很少！万一有人决定要调水，调水量占全流域水量的比例也很小（百分之几以内）！想起来那时候国际河流研究并不太热，曾经外方委托我邀请更多专家参加会议，对方负责交通费和食宿，中方专家只要投入时间，但除了两位教授接受邀请之外，一些同行并不积极，政府也没有排上议事日程。最近几年国际河流似乎成为显学，政府重视了，研究的机构和学者也越来越多。我的2014级博士生严家宝先生是学GIS出身的，尤其是计算机编程能力很强，在人工智能方面也有一定基础，所以在他选题的时候就定下了利用机器学习方法评价中国国际河流径流量的题目。实际上主要研究成果2016就出来了，2017年他就可以三年内按时答辩毕业，但为了慎重起见，他主动要求延长一年，我们采用更多方法、更多数据反复进行了验证，结果表明用机器学习方法和中国的径流、降水、地形、地质、土地利用、植被等数据训练的径流计算模型，获得了涉及中国的国际河流的0.1度网格尺度的多年平均径流系数和径流深，经过与有可靠的流域径流量数据的对比，可以证明此方法的结果比目前已有的所有产品精度都要高！研究论文去年夏天就提交给了水资源领域传统上认为最权威的期刊Water Resoruces Research ，经过两轮专业修改和一轮语言修改，好事多磨，也终于在今年11月2日被正式接受，并已经网络发表！(DOI: 10.1029/2018WR023044) 真诚感谢匿名审稿人和编辑为本文付出的辛勤劳动、提出的宝贵意见！你们为本文达到目前的水平做出了非常有价值的贡献！此方法的优势是不需要利用各国的保密数据、仅仅利用公开数据就可以获得相对可靠的国际河流分国家的多年平均径流量数据，为掌握各国的水资源量提供了可以公开、可以重复验证的方法和结果。此方法的深远意义还在于：利用机器学习方法可以提供比目前最先进的基于物理机制的水文模型还要好的结果！这充分说明了“数据为王”——有了大数据和挖掘大数据信息的人工智能方法，就可以获得比建立在物理机制上的模型更好的结果！随着大数据的数量越来越庞大，人工智能学习方法的改进，可以相信人工智能方法比物理机制水文模型更有用武之地！下一步计划在几个方面拓展，希望有更好的成果奉献出来！; 个人分类: 水是杂谈|3869 次阅读|9 个评论

[转载]樊晓英老师对增加西北降水量的一些思考 (1): zhgatcl 2014-9-23 20:05; 不谦虚地说，我的研究对国家可能有很大作用。我主张向西北调水，我的研究结论是特大规模调水能彻底改变西北干旱少雨的恶劣气候。为证明以上论点，我一共写了 10 篇预印本论文，详见以下博客： ① 半个世纪气候变化的事实证明：向新疆调水 , 当地降水量能成倍增加； ② 历史气候也证明：向新疆调水，当地降水量能成倍增加； ③ 气象统计数据也证明：向新疆调水，当地降水量能成倍增加； ④ 青海湖流域的气候事实也证明 : 向新疆调水 , 当地降水量能成倍增加； ⑤ 四大圈层相互作用与影响：向新疆调水 , 当地降水量能成倍增加； ⑥ 学术权威与高校教科书的表述截然相反，到底谁对谁错 ? ⑦ 四两拨千斤，三山夹两盆的新疆有极大的 “ 调水倍增效益 ” ； ⑧ 低层水汽与高层水汽所处环境的差别很大 , 变成降水的比例相同吗 ? ⑨ 多重证据链网络证明：向新疆调水，当地降水量能成倍增加； ⑩ 为什么说塔里木盆地有以一当十甚至更大的 “ 调水增效倍数 ” ？！。水是生命的源泉，西北干旱地区有水的地方就是绿洲，没水的地方就是沙漠。樊晓英老师也主张向西北调水，并认为向西北调水能改善西北的生态环境、增加西北下垫面的植被，还能增加西北的降水量，樊老师的观点与我的论点比较接近。现把樊老师增加西北降水量方面的第1篇博文作如下转载，建议专家学者将我的研究结论与樊老师的观点结合起来思考，这样或许能产生一些智慧的火花。转载：渭河的水为什么持续减少樊晓英 2014-8-3 21:06 原载 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=117615do=blogid=816863 我们早在十多年前就发现渭河的水比二十年前大幅度减少，到了今年出现大旱，从 6 月 10 日到现在已经五十多天没有降落一滴雨。渭河水少到什么程度呢？宝鸡市区六百多米宽的河床上只有一股小溪那样的流水，河水周围长满了青苔（见图，图中河水周围长满了青苔，去年丰水期的水位线在长草一线）。有许多人给我讲三十年前渭河水（中游段）是如何盛大的情况。首先说：以前要过渭河必须用船摆渡，可以想象使用船只至少需要水深在一米以上，宽度应该在十米以上，按照一贯的比降，也就是说每秒的径流量至少在 10 方以上。那么渭河水到了哪里去了？也许有人说渭河水从宝鸡峡引渭渠截留走了。不可否认，引渭渠分流了相当一部分水量，但是其水量也不过每秒 15 方。加上也不能达到用船摆渡的程度。第二，渭河目前的经二路、公园路、滨河路等路段过去是渭河滩，目前是繁华市区，楼房鳞次栉比，根据我的观察，这些路段比目前比河床高大约 2 米。也就是说过去的河水的高差在 2 米以上。而根据我的观察，目前渭河水全年最大的时候可以用涛涛来比喻，小的时候可以用潺潺来比喻。水量相差在 50 倍以上。该图中 2013 年 9 月大水时期河面宽度达到了 60 米左右，最深处水深超过 1.5 米，水流速度每秒能够达到 2 米。径流量能够达到 100 方每秒。但是径流量最少的今年七月，河水宽度不超过 3 米，水深不超过 0.5 米，水流速度不超过 1 米每秒，径流量不超过 2 方每秒。也就是说渭河中的径流量去年最大时期和目前的最小时期的差高达 50 倍以上。可以肯定的是过去的渭河水的径流量更大，每年的差别更大。正因为这样渭河的预留河床比上海的黄浦江不相上下，最窄的地方大约 500 米，最宽处大约 800 米。造成每年春季渭河河床总是会刮起黄土，到处是裸露沙土。十几年前甚至目前都有学者关注渭河径流。程磊 , 徐宗学 , 罗睿 , 等 . 《渭河流域 1980-2000 年 LUCC 时空变化特征及其驱动力分析》 . 水土保持研究 , 2009, 16(5):1-6. 刘燕 , 胡安焱 . 《渭河流域 50 年降水特征变化及其对水资源的影响》 . 干旱区资源与环境 ,2006,20 （ 1 ） :85-87. 《干旱地区农业研究》 ISTIC PKU -2013 年 6 期裴金萍马新萍《近 50 年来渭河干流中段径流变化特征研究》。侯钦磊等在《 50 年来渭河干流径流变化及其驱动力分析》中研究结果是枯水期在 1 月份，其水量只占全年水量的 2% 多一点，而 9 月份的水量占全年的 19% 。该文资料显示林家村（即渭河进入关中平原的峡口）， 1964 年径流最大，高达 164 方每秒，而最小的 2002 年只有 5.4 方每秒，差别为 30 倍。该文最后指出近 50 年间（从 1964 到 2002 年）从宝鸡峡、咸阳、渭南 3 个水文站的年平均径流量均表现出递减的变化趋势，其减少率在 17 — 37.654 （ m3/s ） /10a 之间。该文指出渭河的径流量和降水量之间的相关系数高达 0.99 。实际上渭河水的唯一补水来源是降水，因为渭河发源于甘肃的渭源县，整个渭河都没有吸收高山雪水。裴金萍等认为渭河径流量突然下降的突变时间点为１９８７年。对于以上的研究结论我基本认同。以上的研究结果都指向一个事实：渭河流域在过去的二十多年中降雨量减少了。但是以上文献都没有明确的指出渭河流域乃至西北地区的降雨量为什么减少？侯钦磊引用的文献显示整个六十年代宝鸡峡的观测降雨量平均每年为 687.10 毫米，从 1971 年到 1983 年平均为 690.46 毫米，而 1984 年到 1995 年为 641.49 毫米， 1996 年到 2006 年减少到 603.36 毫米。所以，降雨量减少成为不争的事实。近几年更加严重，尤其是今年，从 6 月 10 日到目前未见雨滴。那么，为什么渭河流域的降雨量减少了呢？这固然与厄尔尼诺现象也许有关，与行星风系即西风带的强烈飘逸有关，与气候周期性变化也许有关。但是我认为最主要的是与近地大气层的温度升高有绝大的关系。而近地大气层温度之所以能够升高，是和人类的活动有决定性关系的。抛开一切形成降雨的大环境，从最为基本的原理来分析。形成降雨的条件实际上只有两条：第一条降雨地区的上空必须存在大量的水汽。第二条在温度条件许可的情况下水汽的气压达到饱和状态，温度甚至要低于饱和状态。只要这两个条件具备即使不形成大面积垂直降雨，也会在高山形成水平降雨，或者近地层形成大雾，增加地面降水。降雨的第一个条件必须依靠遥远的地方。西北地区由于地处内陆，地面没有大量湖泊，所以自身蒸发于空中的水分很少，而且地面蒸发的水分由于太少，温度相对较高，所以往往无法达到饱和降雨条件，只有在山区才有可能。所以中国内陆地区的水分主要依赖来自太平洋、北冰洋的水分，西南地区对来自印度洋的水汽有很大的依赖性。实际上每年的春夏秋三季太平洋上都有大量的水分蒸发到空中，但是这些水汽要向遥远的西北地区移动需要很多条件。首先要形成水平气压梯度力，有了水平气压梯度力才能形成指向西北地区的风，而大量水汽组成的气团才能向西北地区移动。其次对于空中气团的干扰要有助于移动。如果干扰阻止气团向西北运动，那么西北就会形成大旱。由于中国地理的复杂性，中国上空的各种环流很复杂。在夏季，一般形成的水汽气团有热带太平洋气团和赤道海洋气团，热带太平洋气团向西北移动表现为东南季风，赤道海洋气团发源于南半球的副热带高压，向中国移动表现为西南季风，主要形象我国西南地区，对西北地区降雨影响很小。由于我国的青藏高原非常高，面积大，所以它对气候降雨的影响非常大，往往夏季形成高原高压，它改变了西风带行星风系的路线，也阻止了热带太平洋气团的西移，而且在它的周边形成若干个小型垂直环流和涡旋，例如哈得来环流和季风环流和西风急流，导致我国境内的副热带高压脊线极不规则。这些环流极大地影响了我国境内水汽团的移动。最近二十年的总体特点是东南季风气团向西北地区移动的动力减小，西北地区深受其它气团和环流的干扰和阻滞，深受其害。但是这些环流的异常变化与下垫面的阳光散射增加，近地层大气组成结构的变化，近地层尘土和 PM2.5 的增加，地面上人类过多的热力活动具有非常巨大的关系。下垫面的阳光散射增加会导致 2000 米以下空气温度上升，从而导致大陆高压的减小，这样与海洋气团的气压差减小，导致水分通往大陆的动力降低。这几年我国西南地区频频出现台风袭击，但是西北地区频频出现旱灾，其原因就是水平温度压力差减小，水分不能输送到西北地区。这在历史上都是有记载的，我国盛唐以后，西北地区的森林大量破坏消失，导致大面积裸露，其结果是下垫面温度升高，近地层温度升高，从而从盛唐以后西北地区的干旱增加，降水变率增加，水土流失增加。所以增加森林覆被率本身就是增加从海洋到内陆的气压差，是增加水汽输送的动力，森林不仅本身吸收太阳能，而且由于森林是绿色暗色，能够降低大气层的温度，增加垂直方向上的温度差，导致垂直方向上水分循环增加，增加降雨机会。而裸露地使得太阳辐射直接反射到大气中，大气中的粉尘吸收反射的阳光变成长波辐射在辐射出去，所以导致空中高层的温度升高，大面积的土地是如此情况必然导致大气团和局地大气循环的变化。而这种变化趋势向着高温和干旱。空中高温后使得原本可以达到饱和水汽压条件的水汽不能液化，所以不能形成降雨。不仅粉尘增加会增加高空温度，温室气体的大量排放也会导致相同的结果。高空中温室气体增加，温室气体吸收地面热量然后变为长波辐射，增加高空温度。形成降雨的第二个条件是温度条件许可的情况下水汽的气压达到饱和状态。下表为不同温度下饱和水汽压的值。在空中有大量水汽的情况下，要形成垂直降雨或者水平降雨的条件就是温度下降到饱和水汽压的必要温度以下。而要达到这个条件其实与下垫面有很大的关系，也与近地层大气的尘土温室气体浓度有很大关系。例如西北地区夏季经常有雷阵雨，而雷阵雨的云团往往在山区形成，为什么在山区会形成降雨云团。根本的原因是山区的地形复杂，地面的坡度差异很大，坡向差异很大，从而导致太阳辐射在山区的地面分布很不均匀，而地面向大气中反射的散射的辐射的方向和高度都不一样，所以高空中不同高度不同位置的空气温度差异很大，其结果是山区上空的空气湍流很大，乱流盛行，垂直方向和水平方向的空气流动很频繁。尤其是垂直方向的温度差达到一定阀值以后会导致高空水汽达到饱和状态，形成云团。云团整体上下移动，这时候就形成雷阵雨。所以西北地区的雷阵雨往往出现在山区和山区平原交错地带，而在平原中心地区形成雷阵雨的频次很小。在森林密布的山区，森林的蒸腾对于水汽的再循环有决定性影响。一般情况下，从海洋来的水分在西北内陆条件成熟的时候形成一次降雨，然后形成径流从河流送回太平洋。但是在有森林的条件下，同样一个水分子也许可以形成两次以上的降雨。当第一次降雨以后形成土壤水分，然后树木吸收水分蒸腾到空气中，由于大面积森林在中午时候集体蒸腾，向空中输送大量水分，又由于山区的特点，导致空气中的水汽压在下午申时再次饱和，如果大气温度差许可即可形成雨云。所以，在森林覆被率高的地区，水分会在气态和液态之间反复几次。这就相当于增加了当地降雨量。但是，我国自从唐宋以后，西北地区的森林覆被率大幅度减小，下垫面温度升高，不再容易形成小地区局地云团，所以降雨量下降。而由于空气中水分不容易达到饱和，所以往往水分随着气流散开，形成持续干旱。所以，很显然，下垫面的特点不仅对局地大气循环有很大影响，而且大面积形同特点的下垫面对于大范围、大规模的大气循环有着决定性影响。温度℃ 饱和蒸气压力（KPA）温度℃ 饱和蒸气压力（ KPA ） 0 0.61129 24 2.985 1 0.65716 25 3.169 2 0.70605 26 3.3629 3 0.75813 27 3.567 4 0.81359 28 3.7818 5 0.8726 29 4.0078 6 0.93537 30 4.2455 7 1.0021 31 4.4953 8 1.0073 32 4.7578 9 1.1482 33 5.0335 10 1.2281 34 5.3229 11 1.3129 35 5.6267 12 1.4027 36 5.9453 13 1.4979 37 6.2795 14 1.5988 38 6.6298 15 1.7056 39 6.9969 16 1.8185 40 7.3814 17 1.938 41 7.784 18 2.0644 42 8.2054 19 2.1978 43 8.6463 20 2.3388 44 9.1075 21 2.4877 45 9.5898 22 2.6447 46 10.094 23 2.8104 47 10.62 按照气温垂直递减率，海拔每上升 100 米，气温约降低 0.65 ℃，所以一般情况下地面以上 2000 米的高空的温度基本应该比地面低 13 ℃。低 13 ℃意味着什么呢？如果是夏季近地层温度在 40 ℃，意味着高空温度在 27 ℃左右，如果这时候要形成雨，那么高空的水汽压必须在 3.567kpa 以上，这时候水汽才能饱和形成降雨云。但是如果夏季由于海拔高、森林多、湖泊多、山区大等原因使得近地层的温度较低为 32 ℃，那么按照气温垂直递减率地面以上 2000 米的高空的温度可能只有 15 ℃，这时候的水分要达到饱和只需要 1.7056kpa 即可，也就是说水分浓度一半不到即可。所以其实下垫面的温度和辐射特点对于降雨有巨大的影响，温度相差不大但是水汽饱和程度有巨大差别。我们只要把近地层温度降低 5 ℃，降雨的频次就会增加一倍以上。如果夏季从太平洋来的水分一直不能形成降雨，不能形成径流，而这些水汽一直停留在西北地区，那么到了秋季就会形成持续性的瓢泼大雨，这种情况在历史上也多次发生。发生的原因就是秋季的近地层温度降到了 15 — 20 ℃，而 2000 米的空中温度也降到了 2 — 7 ℃，这时候空气水分要达到饱和只需要 0.7kpa 即可，也就是说水分浓度是夏季的五分之一不到即可降雨。空气中在夏季积累的大量水分这时候有了饱和的条件，因而会形成持续性大范围长时间降雨。所以一般来讲夏季干旱灾害往往会造成秋季洪闹灾害，这是相辅相成的。在有森林的地区的夏季的夜晚，由于森林吸收的辐射变为热量晚上持续地释放出来，所以近地层温度晚上森林地区比荒土地区高，而高空的温度由于浮沉较少，二氧化碳浓度低，温度下降较快，所以在森林地区的夜晚基本上不会形成逆温层，而且晚上空中水分容易达到饱和。这非常有利于形成降雨。森林地区夜晚降雨发生的频次远远比平原地区高。而在高山地区往往形成水平降雨。所以往往在高山地区，有溪流持续不断地从山上流下，即便是不降雨也有溪流。但是荒山地区则很少有溪流形成。最近二十年，西北地区在改革开放后大量地乱砍乱伐，导致成熟森林面积大幅度减少，从而导致下垫面和近地层温度升高；而荒山的黄土飞扬到了空中有引起了大气吸收和辐射热量的机制改变，导致近地层温度升高；最近几年工厂汽车的大量发展，导致温室气体排放量大幅度增加，也导致近地层温度升高；还有大量的钢筋水泥的使用，城市化的快速发展，导致大面积的下垫面不再是比热大的土壤，而是比热小、热容量小、导温率高的楼房和马路，这些导致城市周边地区的近地层温度比过去高若干倍。这些因素都导致即便是水汽压很大，也不能形成降雨。以上就是为什么西北地区降雨减少，从而导致渭河径流持续减少的原因。追本溯源，导致西北地区降雨量减少，从而导致径流减少，然后导致干旱进一步增加的原因是下垫面和近地层温度增高。而下垫面和近地层温度增高的原因主要有：雪山减少，湖泊减少，城市增加，工厂增加，汽车尾气惊人，森林减少，荒漠化面积增加，土壤沙化，荒山面积增加，温室气体直接加温等等。这些都导致地面对近地层的温度调节能力大幅度降低。从而形成了大范围、大面积的均质下垫面，这些使得行星风系和局地大气循环发生了剧烈变化，大洋和大陆之间的温度压力梯度减小，水汽不能输送和再循环，从而导致西北干旱，径流减少。那么能不能通过一种办法来改变下垫面的温度和近地层大气的温度呢？目前看已经具备了条件。第一个方法就是大面积植树造林。过去我们认为森林具有涵养水源、保持水土、汇碳、净化空气、调节气候、提供木材、维持生物物种多样性、消除噪音等作用。现在我们观察到由于森林的光合作用和绿色、蒸腾作用，使得森林能够降低下垫面温度，能够净化森林上空空气从而导致近地层大气向太空辐射热量的作用增强，因此森林上空的温度垂直梯度更大，乱流作用强烈，对于大洋和大陆之间的压力梯度的形成有很大作用。另外由于森林的特殊环境，可以使得蒸腾水分再次形成水平降雨或者雷阵雨，从而增大水分利用率。当然，在过分干旱的地区，森林蒸腾的水分不容易达到饱和状态，反而使得水分散失，导致地下水较少，干旱加剧。第二个方法是大范围地使用太阳能发电板。中国的光伏产业应该大力发展，然后保存这些能源，使用这些能源驱动汽车，冬天供暖。只有这样，下垫面的温度会降低，而近地层温度也会降低，从而增加当地水汽的饱和的可能性。也会在夏季造成更大的空气梯度力。第三个方法当然是大量减少温室气体排放，使用电动汽车，使用清洁能源，减少火力发电，减少燃煤，大力促进农作物秸秆的利用，大力促进木材枝桠和落叶的利用率。第四个方法就是减少尘土，治理风沙地，治理沙漠，减少 PM2.5 。第五个方法就是海洋水通过人工运河往西调运。这能够解决许多问题。以上是科学推理，不一定完全正确。; 个人分类: 转载专家观点|1597 次阅读|0 个评论

渭河的水为什么持续减少: 热度 6 fanxiaoyingz 2014-8-3 21:06; 渭河的水为什么持续减少我们早在十多年前就发现渭河的水比二十年前大幅度减少，到了今年出现大旱，从 6 月 10 日到现在已经五十多天没有降落一滴雨。渭河水少到什么程度呢？宝鸡市区六百多米宽的河床上只有一股小溪那样的流水，河水周围长满了青苔（见图，图中河水周围长满了青苔，去年丰水期的水位线在长草一线）。有许多人给我讲三十年前渭河水（中游段）是如何盛大的情况。首先说：以前要过渭河必须用船摆渡，可以想象使用船只至少需要水深在一米以上，宽度应该在十米以上，按照一贯的比降，也就是说每秒的径流量至少在 10 方以上。那么渭河水到了哪里去了？也许有人说渭河水从宝鸡峡引渭渠截留走了。不可否认，引渭渠分流了相当一部分水量，但是其水量也不过每秒 15 方。加上也不能达到用船摆渡的程度。第二，渭河目前的经二路、公园路、滨河路等路段过去是渭河滩，目前是繁华市区，楼房鳞次栉比，根据我的观察，这些路段比目前比河床高大约 2 米。也就是说过去的河水的高差在 2 米以上。而根据我的观察，目前渭河水全年最大的时候可以用涛涛来比喻，小的时候可以用潺潺来比喻。水量相差在 50 倍以上。该图中 2013 年 9 月大水时期河面宽度达到了 60 米左右，最深处水深超过 1.5 米，水流速度每秒能够达到 2 米。径流量能够达到 100 方每秒。但是径流量最少的今年七月，河水宽度不超过 3 米，水深不超过 0.5 米，水流速度不超过 1 米每秒，径流量不超过 2 方每秒。也就是说渭河中的径流量去年最大时期和目前的最小时期的差高达 50 倍以上。可以肯定的是过去的渭河水的径流量更大，每年的差别更大。正因为这样渭河的预留河床比上海的黄浦江不相上下，最窄的地方大约 500 米，最宽处大约 800 米。造成每年春季渭河河床总是会刮起黄土，到处是裸露沙土。十几年前甚至目前都有学者关注渭河径流。程磊 , 徐宗学 , 罗睿 , 等 . 《渭河流域 1980-2000 年 LUCC 时空变化特征及其驱动力分析》 . 水土保持研究 , 2009, 16(5):1-6. 刘燕 , 胡安焱 . 《渭河流域 50 年降水特征变化及其对水资源的影响》 . 干旱区资源与环境 ,2006,20 （ 1 ） :85-87. 《干旱地区农业研究》 ISTIC PKU -2013 年 6 期裴金萍马新萍《近 50 年来渭河干流中段径流变化特征研究》。侯钦磊等在《 50 年来渭河干流径流变化及其驱动力分析》中研究结果是枯水期在 1 月份，其水量只占全年水量的 2% 多一点，而 9 月份的水量占全年的 19% 。该文资料显示林家村（即渭河进入关中平原的峡口）， 1964 年径流最大，高达 164 方每秒，而最小的 2002 年只有 5.4 方每秒，差别为 30 倍。该文最后指出近 50 年间（从 1964 到 2002 年）从宝鸡峡、咸阳、渭南 3 个水文站的年平均径流量均表现出递减的变化趋势，其减少率在 17 — 37.654 （ m3/s ） /10a 之间。该文指出渭河的径流量和降水量之间的相关系数高达 0.99 。实际上渭河水的唯一补水来源是降水，因为渭河发源于甘肃的渭源县，整个渭河都没有吸收高山雪水。裴金萍等认为渭河径流量突然下降的突变时间点为１９８７年。对于以上的研究结论我基本认同。以上的研究结果都指向一个事实：渭河流域在过去的二十多年中降雨量减少了。但是以上文献都没有明确的指出渭河流域乃至西北地区的降雨量为什么减少？侯钦磊引用的文献显示整个六十年代宝鸡峡的观测降雨量平均每年为 687.10 毫米，从 1971 年到 1983 年平均为 690.46 毫米，而 1984 年到 1995 年为 641.49 毫米， 1996 年到 2006 年减少到 603.36 毫米。所以，降雨量减少成为不争的事实。近几年更加严重，尤其是今年，从 6 月 10 日到目前未见雨滴。那么，为什么渭河流域的降雨量减少了呢？这固然与厄尔尼诺现象也许有关，与行星风系即西风带的强烈飘逸有关，与气候周期性变化也许有关。但是我认为最主要的是与近地大气层的温度升高有绝大的关系。而近地大气层温度之所以能够升高，是和人类的活动有决定性关系的。抛开一切形成降雨的大环境，从最为基本的原理来分析。形成降雨的条件实际上只有两条：第一条降雨地区的上空必须存在大量的水汽。第二条在温度条件许可的情况下水汽的气压达到饱和状态，温度甚至要低于饱和状态。只要这两个条件具备即使不形成大面积垂直降雨，也会在高山形成水平降雨，或者近地层形成大雾，增加地面降水。降雨的第一个条件必须依靠遥远的地方。西北地区由于地处内陆，地面没有大量湖泊，所以自身蒸发于空中的水分很少，而且地面蒸发的水分由于太少，温度相对较高，所以往往无法达到饱和降雨条件，只有在山区才有可能。所以中国内陆地区的水分主要依赖来自太平洋、北冰洋的水分，西南地区对来自印度洋的水汽有很大的依赖性。实际上每年的春夏秋三季太平洋上都有大量的水分蒸发到空中，但是这些水汽要向遥远的西北地区移动需要很多条件。首先要形成水平气压梯度力，有了水平气压梯度力才能形成指向西北地区的风，而大量水汽组成的气团才能向西北地区移动。其次对于空中气团的干扰要有助于移动。如果干扰阻止气团向西北运动，那么西北就会形成大旱。由于中国地理的复杂性，中国上空的各种环流很复杂。在夏季，一般形成的水汽气团有热带太平洋气团和赤道海洋气团，热带太平洋气团向西北移动表现为东南季风，赤道海洋气团发源于南半球的副热带高压，向中国移动表现为西南季风，主要形象我国西南地区，对西北地区降雨影响很小。由于我国的青藏高原非常高，面积大，所以它对气候降雨的影响非常大，往往夏季形成高原高压，它改变了西风带行星风系的路线，也阻止了热带太平洋气团的西移，而且在它的周边形成若干个小型垂直环流和涡旋，例如哈得来环流和季风环流和西风急流，导致我国境内的副热带高压脊线极不规则。这些环流极大地影响了我国境内水汽团的移动。最近二十年的总体特点是东南季风气团向西北地区移动的动力减小，西北地区深受其它气团和环流的干扰和阻滞，深受其害。但是这些环流的异常变化与下垫面的阳光散射增加，近地层大气组成结构的变化，近地层尘土和 PM2.5 的增加，地面上人类过多的热力活动具有非常巨大的关系。下垫面的阳光散射增加会导致 2000 米以下空气温度上升，从而导致大陆高压的减小，这样与海洋气团的气压差减小，导致水分通往大陆的动力降低。这几年我国西南地区频频出现台风袭击，但是西北地区频频出现旱灾，其原因就是水平温度压力差减小，水分不能输送到西北地区。这在历史上都是有记载的，我国盛唐以后，西北地区的森林大量破坏消失，导致大面积裸露，其结果是下垫面温度升高，近地层温度升高，从而从盛唐以后西北地区的干旱增加，降水变率增加，水土流失增加。所以增加森林覆被率本身就是增加从海洋到内陆的气压差，是增加水汽输送的动力，森林不仅本身吸收太阳能，而且由于森林是绿色暗色，能够降低大气层的温度，增加垂直方向上的温度差，导致垂直方向上水分循环增加，增加降雨机会。而裸露地使得太阳辐射直接反射到大气中，大气中的粉尘吸收反射的阳光变成长波辐射在辐射出去，所以导致空中高层的温度升高，大面积的土地是如此情况必然导致大气团和局地大气循环的变化。而这种变化趋势向着高温和干旱。空中高温后使得原本可以达到饱和水汽压条件的水汽不能液化，所以不能形成降雨。不仅粉尘增加会增加高空温度，温室气体的大量排放也会导致相同的结果。高空中温室气体增加，温室气体吸收地面热量然后变为长波辐射，增加高空温度。形成降雨的第二个条件是度条件许可的情况下水汽的气压达到饱和状态。下表为不同温度下饱和水汽压的值。在空中有大量水汽的情况下，要形成垂直降雨或者水平降雨的条件就是温度下降到饱和水汽压的必要温度以下。而要达到这个条件其实与下垫面有很大的关系，也与近地层大气的尘土温室气体浓度有很大关系。例如西北地区夏季经常有雷阵雨，而雷阵雨的云团往往在山区形成，为什么在山区会形成降雨云团。根本的原因是山区的地形复杂，地面的坡度差异很大，坡向差异很大，从而导致太阳辐射在山区的地面分布很不均匀，而地面向大气中反射的散射的辐射的方向和高度都不一样，所以高空中不同高度不同位置的空气温度差异很大，其结果是山区上空的空气湍流很大，乱流盛行，垂直方向和水平方向的空气流动很频繁。尤其是垂直方向的温度差达到一定阀值以后会导致高空水汽达到饱和状态，形成云团。云团整体上下移动，这时候就形成雷阵雨。所以西北地区的雷阵雨往往出现在山区和山区平原交错地带，而在平原中心地区形成雷阵雨的频次很小。在森林密布的山区，森林的蒸腾对于水汽的再循环有决定性影响。一般情况下，从海洋来的水分在西北内陆条件成熟的时候形成一次降雨，然后形成径流从河流送回太平洋。但是在有森林的条件下，同样一个水分子也许可以形成两次以上的降雨。当第一次降雨以后形成土壤水分，然后树木吸收水分蒸腾到空气中，由于大面积森林在中午时候集体蒸腾，向空中输送大量水分，又由于山区的特点，导致空气中的水汽压在下午申时再次饱和，如果大气温度差许可即可形成雨云。所以，在森林覆被率高的地区，水分会在气态和液态之间反复几次。这就相当于增加了当地降雨量。但是，我国自从唐宋以后，西北地区的森林覆被率大幅度减小，下垫面温度升高，不再容易形成小地区局地云团，所以降雨量下降。而由于空气中水分不容易达到饱和，所以往往水分随着气流散开，形成持续干旱。所以，很显然，下垫面的特点不仅对局地大气循环有很大影响，而且大面积形同特点的下垫面对于大范围、大规模的大气循环有着决定性影响。温度℃ 饱和蒸气压力（KPA）温度℃ 饱和蒸气压力（ KPA ） 0 0.61129 24 2.985 1 0.65716 25 3.169 2 0.70605 26 3.3629 3 0.75813 27 3.567 4 0.81359 28 3.7818 5 0.8726 29 4.0078 6 0.93537 30 4.2455 7 1.0021 31 4.4953 8 1.0073 32 4.7578 9 1.1482 33 5.0335 10 1.2281 34 5.3229 11 1.3129 35 5.6267 12 1.4027 36 5.9453 13 1.4979 37 6.2795 14 1.5988 38 6.6298 15 1.7056 39 6.9969 16 1.8185 40 7.3814 17 1.938 41 7.784 18 2.0644 42 8.2054 19 2.1978 43 8.6463 20 2.3388 44 9.1075 21 2.4877 45 9.5898 22 2.6447 46 10.094 23 2.8104 47 10.62 按照气温垂直递减率，海拔每上升 100 米，气温约降低 0.65 ℃，所以一般情况下地面以上 2000 米的高空的温度基本应该比地面低 13 ℃。低 13 ℃意味着什么呢？如果是夏季近地层温度在 40 ℃，意味着高空温度在 27 ℃左右，如果这时候要形成雨，那么高空的水汽压必须在 3.567kpa 以上，这时候水汽才能饱和形成降雨云。但是如果夏季由于海拔高、森林多、湖泊多、山区大等原因使得近地层的温度较低为 32 ℃，那么按照气温垂直递减率地面以上 2000 米的高空的温度可能只有 15 ℃，这时候的水分要达到饱和只需要 1.7056kpa 即可，也就是说水分浓度一半不到即可。所以其实下垫面的温度和辐射特点对于降雨有巨大的影响，温度相差不大但是水汽饱和程度有巨大差别。我们只要把近地层温度降低 5 ℃，降雨的频次就会增加一倍以上。如果夏季从太平洋来的水分一直不能形成降雨，不能形成径流，而这些水汽一直停留在西北地区，那么到了秋季就会形成持续性的瓢泼大雨，这种情况在历史上也多次发生。发生的原因就是秋季的近地层温度降到了 15 — 20 ℃，而 2000 米的空中温度也降到了 2 — 7 ℃，这时候空气水分要达到饱和只需要 0.7kpa 即可，也就是说水分浓度是夏季的五分之一不到即可降雨。空气中在夏季积累的大量水分这时候有了饱和的条件，因而会形成持续性大范围长时间降雨。所以一般来讲夏季干旱灾害往往会造成秋季洪闹灾害，这是相辅相成的。在有森林的地区的夏季的夜晚，由于森林吸收的辐射变为热量晚上持续地释放出来，所以近地层温度晚上森林地区比荒土地区高，而高空的温度由于浮沉较少，二氧化碳浓度低，温度下降较快，所以在森林地区的夜晚基本上不会形成逆温层，而且晚上空中水分容易达到饱和。这非常有利于形成降雨。森林地区夜晚降雨发生的频次远远比平原地区高。而在高山地区往往形成水平降雨。所以往往在高山地区，有溪流持续不断地从山上留下，即便是不降雨也有溪流。但是荒山地区则很少有溪流形成。最近二十年，西北地区在改革开放后大量地乱砍乱伐，导致成熟森林面积大幅度减少，从而导致下垫面和近地层温度升高；而荒山的黄土飞扬到了空中有引起了大气吸收和辐射热量的机制改变，导致近地层温度升高；最近几年工厂汽车的大量发展，导致温室气体排放量大幅度增加，也导致近地层温度升高；还有大量的钢筋水泥的使用，城市化的快速发展，导致大面积的下垫面不再是比热大的土壤，而是比热小、热容量小、导温率高的楼房和马路，这些导致城市周边地区的近地层温度比过去高若干倍。这些因素都导致即便是水汽压很大，也不能形成降雨。以上就是为什么西北地区降雨减少，从而导致渭河径流持续减少的原因。追本溯源，导致西北地区降雨量减少，从而导致径流减少，然后导致干旱进一步增加的原因是下垫面和近地层温度增高。而下垫面和近地层温度增高的原因主要有：雪山减少，湖泊减少，城市增加，工厂增加，汽车尾气惊人，森林减少，荒漠化面积增加，土壤沙化，荒山面积增加，温室气体直接加温等等。这些都导致地面对近地层的温度调节能力大幅度降低。从而形成了大范围、大面积的均质下垫面，这些使得行星风系和局地大气循环发生了剧烈变化，大洋和大陆之间的温度压力梯度减小，水汽不能输送和再循环，从而导致西北干旱，径流减少。那么能不能通过一种办法来改变下垫面的温度和近地层大气的温度呢？目前看已经具备了条件。第一个方法就是大面积植树造林。过去我们认为森林具有涵养水源、保持水土、汇碳、净化空气、调节气候、提供木材、维持生物物种多样性、消除噪音等作用。现在我们观察到由于森林的光合作用和绿色、蒸腾作用，使得森林能够降低下垫面温度，能够净化森林上空空气从而导致近地层大气向太空辐射热量的作用增强，因此森林上空的温度垂直梯度更大，乱流作用强烈，对于大洋和大陆之间的压力梯度的形成有很大作用。另外由于森林的特殊环境，可以使得蒸腾水分再次形成水平降雨或者雷阵雨，从而增大水分利用率。当然，在过分干旱的地区，森林蒸腾的水分不容易达到饱和状态，反而使得水分散失，导致地下水较少，干旱加剧。第二个方法是大范围地使用太阳能发电板。中国的光伏产业应该大力发展，然后保存这些能源，使用这些能源驱动汽车，冬天供暖。只有这样，下垫面的温度会降低，而近地层温度也会降低，从而增加当地水汽的饱和的可能性。也会在夏季造成更大的空气梯度力。第三个方法当然是大量减少温室气体排放，使用电动汽车，使用清洁能源，减少火力发电，减少燃煤，大力促进农作物秸秆的利用，大力促进木材枝桠和落叶的利用率。第四个方法就是减少尘土，治理风沙地，治理沙漠，减少 PM2.5 。第五个方法就是海洋水通过人工运河往西调运。这能够解决许多问题。以上是科学推理，不一定完全正确。; 个人分类: 气候生态|21999 次阅读|31 个评论

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标签: 径流

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