[摘要]“天河工程”是我国南水北调西段工程中的的科学实验项目实现空中调水,但却遭到了气象学家的强烈反对。

最近,“天河工程”启动卫星和火箭研制的消息引起气象学家们的注意,纷纷质疑该工程的科学性,随着事件的发酵,也闯入了公众视野。什么是“天河“?什么是“天河工程”?为何会引起如此大的争议?

天河和天河工程

天河,气象上一般称为”大气河流”(atmospheric river),并不是一个新概念,而是一个大家都熟知的大气现象。这个概念最早由麻省理工学院的科学家在上世纪九十年代初提出来,在天气预报中经常应用。

例如美国西海岸的大暴雨往往同大气河流相联。这个概念本身并没有问题,但它完全是一个自然现象,人是没有能力去制造它或控制它流向什么地方,或不流向什么地方的。

国际上有些气象学家将大气环流中的水汽分布带称为“atmospheric river”,译为“大气河”,或者“tropospheric river”,也译为“对流河”。这是将大气中的水汽分布带形象化的表达。

“天河工程”的科学基础源自一篇论文。2016年5月,青海大学校长、中科院院士王光谦带领的团队在《中国科学:技术科学》上发表题为《天空河流: 发现、概念及其科学问题》,正式提出“天空河流(River in the Sky)”及其简称“天河(Sky River)”的概念。

论文中,作者根据欧洲中期天气预报中心的再分析数据及进一步基于“统计力学系综”理论绘制了全球冬季和夏季两幅高通量水汽带的分布图。

研究人员结合他们在水利领域的学术背景,称上述水汽含量较高的条带构成的网络“与地表河流具有相同的功能和类似的分级网络属性”。

通过分析上述两组分布图,研究人员还结合他们在水利领域的学术背景,称上述水汽含量较高的条带构成的网络“与地表河流具有相同的功能和类似的分级网络属性”。

那么,“天河工程”项目又是从何而来?最早的公开信息可追溯至2015年8月,清华大学、青海大学、青海省气象局联合开展“天河工程”人工增雨科学试验进入作业实验阶段。

天河工程布设的五个作业点共开展地面作业15次,其中火箭作业4次,耗用火箭弹8枚;燃烧炉作业11次,耗用碘化银1100克。

新闻还明确指出,“天河工程”是我国南水北调西段工程中的的科学实验项目。项目利用三江源区天然的水汽输送格局,采用人工影响天气技术,把一部分天然落入长江流域的降水截留在或诱导到黄河流域,实现空中调水。可见,最初的计划是人工影响天气技术。

专家:现有技术水平做不到

专家们认为,如果跨区域的水汽搬运没办法解决,“天河工程”就无法实施。现在关键的问题是,中国气象学界有专家认为这样的工程在现在的科技水平上根本就做不到。

当时,“天河”团队表示,未来更多的气候专家将会参与进来。

然而,两年中并没有大气科学家的参与,只有“天河工程”悄悄快速更新着日程。

吴国雄:我国大气动力学和气候动力学家、中科院院士。

水汽输送通道和陆地上的河流完全是两个概念。大气中水汽输送通道不固定,也没有边界。多年来,大气科学理论已经达成的共识是,水汽输送的动力来自全球热力驱动。

我们上世纪末研究提出的青藏高原“感热气泵”观点,解释了水汽在喜马拉雅南坡爬升的现象。水汽之所以会输送爬升上青藏高原,依靠的正是热效应。

青藏高原作为地理上的隆起,形成了对周围大气的“感热气泵”——冬季,青藏高原上空的大气下沉并向高原低空四周排放;夏季,高原低空四周的大气则被高原“抽吸”上升在对流层上部向外排放。

这种周而复始的抽吸-排放作用导致的大气上升-下沉,正像一部巨型“气泵”,影响亚洲大气环流和气候季节变化。

“感热气泵”让我们相信,水汽输送并不是简单的物理空间上的“搬运”,而是一个伴随着诸如温度、地表条件、大气环流等等因素的复杂过程。

陆汉城:国防科技大学气象海洋学院教授。

大气中的水汽集中可以用“河”来表示,但是它与地球表面的固态水形成的河有着截然不同的概念。地表水的河有边界、有河床,但大气中的水汽是三维空间呈弥漫式分布,而且总是和复杂的大气运动联系在一起。

目前降水物理机理和准确预报仍然是具有挑战性的科学问题,特别是局部强降水(暴雨、暴雪、特大暴雨雪),是属于中尺度的天气现象,不仅涉及不同尺度环流相互作用,还涉及地球系统边界层的作用。

人类对自然现象的认识具有一定的限度,对地球系统(大气圈、生物圈、地球本身等)的任何人工控制措施都是在遵循规律的条件下才可能实现。

杜钧:美国国家海洋和大气管理局(NOAA)研究员杜钧

“天河工程”要实现空中调水,难点是跨区域的水汽搬运,要让雨下在黄河流域而不要降在长江流域,这超出了人类的能力范围。

我们目前还不可能在空中搬运水汽,也没有能耐让该下雨的云不下雨。

曾申请“973”项目失败 申请“科技创新国际化环境”成功

2016年,“天河工程”团队申请了国家重点研发计划“水资源高效开发利用”重点专项,也就是原“973项目”,经过17位专家投票后,并没有通过。业内意见从公开信息中看就已经很明显,一则,概念不是原创,也不是新想法,二十多年前就有人开过这样的脑洞;二则,是否合理、能否可行,从973的专家评审结果中其意自见。

如果这样的重大项目论证(此类论证道理上讲应该最为严谨)没有通过,转而申请带着友好交流、国际合作性质的项目就能通过,是否可以理解为这是在向大众传递这样的信号:没有什么上不了马的项目,只有找不到的“分发渠道”。

在申请“973”项目失败后,团队转而申请了科技部“科技创新国际化环境”类项目。

根据2016年项目申请指南,“科技创新国际化环境”项目的任务目标是“促进中方参与单位在相关国际组织中发挥更大作用,提升我国在科技领域参与全球治理层次和水平”。

在这个国际合作项目的支持下,2018年7月,清华大学成立了“天河工程”研究网络,同时召开研讨会。

来自包括中国、美国、英国,澳大利亚、德国、新西兰、希腊、香港、哈萨克斯坦、俄罗斯、以色列等10个国家和地区的约50名专家学者、企业界代表、清华大学水利系师生代表参会。

“天河工程”计划2020年发射卫星

据新华社11月15日报道,我国目前已正式启动“天河工程”卫星和火箭工程研制,“天河工程”卫星模型将在第十二届中国国际航空航天博览会上首次公开亮相,并计划2020年完成“天河一号”首批发射。

据天河卫星总指挥刘伟亮介绍,“天河工程”卫星和火箭工程由中国航天科技集团八院总研制,计划2020年完成“天河一号”卫星首批双星发射,开展“天河工程”的应用示范;计划2022年完成六星组网建设,届时将实现三江源地区一小时(24次/天)的卫星监测重访能力,为构建“一带一路”水汽传输的“空中走廊”提供技术支撑。

“天河一号”卫星为低轨低倾角卫星,采用八院SAST-ML1公用平台,配置微波温湿度计、降水测量雷达、云水探测仪等有效载荷,通过主动和被动多手段综合,实现高精度探测。

(参考来源:光明网、科学网和新华网)

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