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三峡水库对气候的影响

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长江三峡工程从1994年动工修建,2003年1月三峡水库坝前水位蓄至139米并开始发电, 2010年10月水库坝前水位达到175米设计最高水位,2012年7月4日最后一台机组投产,装机总容量达到2250万千瓦的三峡水电站——现今世界最大的水力发电站开始发电运行,这意味着三峡工程开始全面发挥防洪、抗旱、发电、航运及供水等综合效益。

三峡水库大坝全长2335米,高185米,设计最高蓄水位175米,大坝坝体可抵御万年一遇的特大洪水,三峡水库是典型的峡谷型水库,水库全长600余千米,水面平均宽度1.1千米,当蓄水位高程为175 米时,水面总面积1084平方千米,总库容393亿立方米。2012年7月20日,三峡水库迎来7万立方米/秒的特大洪峰,规模超过1998年,是三峡工程建成以来遭遇的最大洪峰,三峡水库利用其超大库容,消峰错峰,从容应对,避免了此次洪峰与下游洪水的叠加、给下游防洪安全造成的威胁。三峡水库不仅可以蓄洪,并为长江中下游流域的灌溉、抗旱提供丰富的水源,而且发挥了生态补水、种植、旅游等综合效益。

伴随三峡工程的建设,一直有三峡工程利弊的争论,其中,三峡工程对局地、区域乃至全球气候的影响是争论焦点之一。三峡大坝建成、水库蓄水以后,周边的西南地区和长江中下游发生了不少极端天气气候事件,如2004 年9 月重庆发生的暴雨和洪涝灾害、2006 年的川渝大旱、2007 年夏初重庆特大暴雨、2009─2010 年西南地区干旱以及2011年长江中下游冬春严重干旱等。每次极端气候事件发生时,不少媒体和社会舆论都会与三峡工程建设相关联,网络上还有一些非气象专业的人士提出了“木桶效应”“三圈环流”等所谓理论,不科学、不正确地解释了三峡工程与这些现象的关系,给社会及公众造成了极大的误导和思想上的混乱,也引起了人们对三峡水库的气候效应的普遍关注。那么三峡工程对气候到底有多大的影响力?如何科学、客观以及定量地评估三峡工程的气候效应?

在三峡工程建设之前,国内、外已先后建成埃及尼罗河上的阿斯旺水库、巴西巴拉那河上的伊泰普水库及我国黄河上的小浪底水库等。国际组织对国际上几个大的水库的评估报告的一致结论是:水库建成以后,没有对库区周边地区的气候发生趋势性的变化,这是国际组织明确认定的结论。

三峡水库是世界上最大的人工水体,是一条狭长的山谷型水库,大坝建成、水库形成,改变了库区下垫面土地利用属性和结构,原来狭窄的峡江、峡谷、裸地、植被甚至山体等复杂下垫面变成了深厚宽阔的水体,土地利用的改变,导致库区风和局地大气环流发生了改变,地表反照率的变化改变了局地热平衡,库区水体热容量比先前大幅提高,局地动力、热力条件的改变具有影响局地及周边气象要素及气候的潜能。但研究表明,三峡水库对气候的影响仅限于三峡库区局地范围,而对百千米级的区域及更广大的地理范围气候的影响十分微弱。这主要基于两方面原因:

一是由于三峡水库是一个纵向长度660千米、平均宽度仅1.1千米的狭长水体,两岸为高山阻挡,是一个典型的狭长条带型水库,就长江干流而言,从三峡大坝到库尾重庆,当水库蓄水至175米正常蓄水位时总长度为663千米,平均宽度为1.576千米,东西长度与南北宽度相比大致为420:1,如果水位较低时,平均宽度若减为1千米左右,那么,东西长度与南北宽度相比变为660:1,所以它的气候效应主要反映在狭长条带型水库南北两岸的有限范围内,其整体气候效应远不如圆形或椭圆形湖区水库。

二是从理论上来讲,控制和导致天气和气候改变的大气环流是大范围、长时间大气运动的平均状态或某一时刻的变化过程,其水平尺度在几千千米以上,垂直尺度在几十千米以上,时间尺度在11天以上,而三峡水库即使按照175米最高位运行计算,最大库容393亿立方米,最大水面面积只有1084平方千米的一个非常狭长的人工水库,即使加上三峡库区,与大气环流和海洋的尺度比较,也是一个非常小的尺度,不足以对川渝及西南的大气环流造成影响,因而,不足以对川渝乃至西南地区的天气、气候造成影响。

根据三峡水库建成前后实时气象监测及遥感数据分析,三峡水库蓄水后(2004—2012 年),大部分地区地面温度呈现逐年下降的趋势,在中部和东部干流区下降比较明显,西部重庆市区附近出现升温现象;从季节变化来看,东部最符合“冬暖夏凉”的变化趋势。三峡水库蓄水前后,三峡库区的西北部降水增加,东南部降水减少,其中,干流的上游,如重庆、长寿、涪陵、丰都、忠县、万州、云阳等降水增加150毫米以内,干流的下游奉节、巫山、巴东等地降水减少,这种降水变化是更大范围降水变化趋势的区域体现。三峡水库蓄水应该对离库区较近范围的降水量产生了一定影响,带来的降水变化尺度可能只局限在很小的空间范围内(近库区),对于整个库区来说,蓄水前后年降水量的变化并不显著。最近十年三峡库区降水变化的部分原因是自然变率引起的,水库本身对周边地区降水变化没有明显影响。此外,三峡水库蓄水以来,库区的水汽含量整体呈现增加的趋势;暴雨日数与暴雨强度并没有显著的变化;雾、轻雾的变化呈明显的地域性差异,但大多数地方为显著的逐年减少,水库坝区附近大雾日数减少,但轻雾和霾日数明显增加。库区水面抬升以后,水面以上20米处风速增大,夏季白天江面风增强,高山地区的风没有变化,夜间两岸的山顶向江心的山风也在增强。蓄水后水库坝区雷电天气明显较少。

如果放大到更长的时间尺度和更广的空间尺度,监测分析表明,自1961年以来,三峡水库所在的整个长江流域气温呈现平稳增长,长江流域下游每十年升高0.2℃,长江上游每十年升高0.17℃,而三峡库区的增长速率平均每十年增加0.08℃,明显低于长江流域其他地区。三峡库区的年均降水量是1136毫米,从趋势上看,库区的降水略有减少,但不单是库区在减少,整个西南地区、长江流域都在减少,这是一个大的气候趋势。实际上自20世纪90年代以后,三峡库区就进入了降雨偏少的年代,也即三峡工程建成之前降雨就开始偏少了。

不同类型多种分辨率数值天气模式模拟都表明:三峡水库可能影响库区局地尺度(小于10 千米)的温度、湿度和风。经有关单位对比试验表明:蓄水后,库区冬、夏季气温均表现为降低,冬季降温1℃ 以上,夏季降温1.5℃以上,夏季降温更为明显,但在远离库区后,这种降温效应快速减小,库区降温的原因可能是水体表面蒸发加强,带走更多热量造成的。库区降水轻微减少,对夏季降水的影响相对冬季要大,库区平均减少10%,离库区10千米处减少3%,20千米处减少1%,呈现由库区向外缓慢下降的趋势。降水减少主要是由于库区气温下降,高空大气更趋稳定造成的。总体分析,除库区本身外,三峡水库对周围地区气候没有明显影响。

同时,数值天气模拟和统计分析也表明,2006 年夏季的川渝高温干旱以及西南、长江中下游等周边地区的其他极端天气气候事件,更多的是由于全球气候变化和区域自身变率共同作用的结果造成的,与三峡水库局地强迫的关系不大,三峡水库在其中所起的作用非常微弱,可以忽略不计。

无论是观测事实,还是数值模拟,都得出了类似的结论:三峡水库对库区本身气象要素有影响,由库区向外,影响快速减弱。总体上,三峡水库对气候的影响范围一般不超过20千米。

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