第一节大气水系-NyxNet.DOC

第一节 大气水系 长江、黄河中游的先民，很早就关注天气。即小地区，短时段（日）空气的冷热、干湿、风雨状况，以便安排生活、农耕作业。太阳照射，使地面空气变热，上升；冷空气移来，填补空缺，形成气流（风）。太阳热能，使地表水分蒸发，上升遇冷、形成水滴，降落下来就成雨。有些地方的天气、经常变化；有些地方的天气，一年到头大致相同。一个地区年复一年的通常天气，即是当地的气候。古籍《素问·六节藏象论》载：“五日为一候，三候为一气，六气谓之时，四时谓之岁。”一年四季，二十四个节气，仍在广泛应用。可见其科学性、合理性。 现代气候，综合30年或更长时间的天气特征，包括其平均，极端状况。世界气象组织于20世纪70年代规定，1931-1960年的观测记录作为论证现阶段气候的统一年代。有文献称，气候通常指某一地区常见或特有的综合天气，包含不同程度的季节变化特征。如春季风和日丽，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季温暖潮湿。几乎年年如此。当然，也存在个别年份的特殊情况。《现代汉语词典》等载：“指自然界冷暖阴晴等现象”、“一定区域里经过多年观察所得的概括性的气象情况。它与气流、纬度、海拔高度、地形等有关。”因此，全球气候分为热带、季风、沙漠、暖温带、冷暖带、山脉、冻原、极地八种类型，形成多种气象学科。 水文气象学，水文学分支。原指研究水分循环在大气层中各种物理现象发生、发展及其分布规律的学科。1964年世界气象组织给它定义为：“是研究水分循环的大气和陆地两个阶段，并着重研究二者之间相互关系的学科。”在水分循环的大气阶段上，主要研究降水机制，特别是大暴雨的时空分布及其重现期与其它气象要素的相互关系，提供大坝设计与水库规划的参考。在陆地阶段上，主要研究蒸发机制与蒸发量的时空分布，旱涝规律，水温及融雪等。这些多是普遍、系统性的理论知识，尚需特殊、区域性的实用内容。 科学理论影响人们的思想与行为，生存与发展。1921年杜黑发表《制空权》，提出空军制胜论以来，空军这个凌空出世的军种，把战争从平面推到立体，自身也获得空前发展。有人预言“空中力量将成为21世纪军事革命的核心……”军用科技常是民用科技的先导。军用空中科技已走得很远了，民用大气水系研究，尚在蹒跚学步，偏重探讨气象或人工增雨。因此，需要见贤思齐的思想滋养，保军转民的广泛应用。 三峡库区处于东径110°，北纬30°附近的亚热带，即热带与温带的过渡部位，又因季风、山脉等气候影响，显得复杂多样。本书探计与三峡库区水分循环密切相关的自然气候，主要包括物质、能量（水热条件）、大气降水、地表蒸发等气候要素特征及其演变，具体关注大气水系的输入、存贮、输出等内容。 一、大气层圈 位于地球水圈、陆圈、生物圈之上的气态物质层圈，即地球最外一层，或包围地球全部气体的总称。大气层圈的厚度定为2000千米，是固体地球半径的三分之一。大气层圈的重量，为地球全体重量的一百万分之一。海平面上，一立方米空气的重量为1.3千克；一平方厘米面积上的干空气柱重量为1.033千克，即一个大气压。而湿空气则较轻，因为水蒸汽的分子最小于氮气、氧气的分子量。 干大气的99.96%是机械混合物，主要由78.08%的氮、20.95%的氧、0.943%的氩组成。其余的0.04%中，以0.03%的二氧化碳为主，剩余的0.01%依次是氢、氖、氦、氪、氙、臭氧、氨、过氧化氢、碘、氡等稀有气体组成。干大气主要是氮与氧的混合物，无色、无臭的气态物质，最适合人类和动植物呼吸、生存、繁衍。现在，大气中的氧气，大部分是由绿色植物的光合作用合成、散发的；在绿色植物出现之前，大气中约有25%的氧气，是由太阳的紫外线作用，分解水形成、散发的。另外，大气还含有少量水汽，甲烷、尘埃、溶胶，组成蓝天、白云，多种景观。它们是一层物质、能量快速运动、变动的巨大空间。 大气中的水分，常以气体、液体、固体三种形态运动、存贮、换算为液体，约1.23×104立方千米。水在海平面上，相当于一个大气压下，在100℃沸腾；而在20千米高空，压力只有60毫米汞柱，在37℃沸腾，由液态变为气态。在地表附近一立方米大气中，含有1-30克的水蒸汽。其水平分布的平均含有率，随纬度增加而降低，在赤道为2.6%，在50度为0.9%，在70度为0.2%，在特殊条件下达4%；垂直分布随高度增加而降低，在离地表3.5千米范围内，含大气全部水分的70%，在3.5-5千米高空，含20%。 工业化之后，烟囱林立，车流滚滚，城市发展，人口集中，大量燃用煤炭、石油、天然气，消耗氧气，排放硫化物，氧化氮，碳氢化合物等有毒有害烟尘，污染空气，使人感到窒息；溶于水汽，形成酸雨，毁灭生物，破坏土壤，不适于耕作。更为明显的变化是，喷气式飞机、火箭、飞船，日益频繁飞行于同温层，大量燃用高能物质，一次越洋航程消耗几十吨氧气。形成的烟雾，长久悬浮，恶化