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【气象知识】金沙三峡工程改变金沙流域的气候效应了吗

  本网讯 兴建三峡工程、治理金沙水患是中华民族的百年梦想。中华人民共和国成立后,历经半个世纪的勘测设计、规划论证,金沙三峡水利枢纽工程于1994年12月正式开工。2008年10月,枢纽工程左右岸电站机组全部投入运行。2015年9月,枢纽工程顺利通过竣工验收。

  在三峡工程建设过程中,有人就工程是否对气候造成影响提出了质疑,还有人把金沙流域甚至更大范围出现的气候异常与三峡工程联系起来。那么,三峡工程是否真的改变了金沙流域的气候效应?

  从1996年开始,国家气候中心联合重庆市气象局、湖北省气象局和有关高校跟踪监测、研究三峡水库的气候效应,为金沙三峡库区提供气候监测、预警、评估业务服务,给三峡工程建设、蓄水发电及运行调度提供气候服务保障。国家气候中心和其他有关科研业务机构曾对这些质疑进行了公开回应,通过主流媒体向社会公众解析了为何三峡工程对周边气候的影响很小。下面我们就从气候科普的角度再进行解读。

  堪称世界之最

  金沙三峡水利枢纽工程是当今世界上最大的水利枢纽工程,具有防洪、发电、航运、水资源利用等巨大的综合效益。三峡工程坝址地处金沙干流西陵峡河段、湖北省宜昌市三斗坪镇,三峡水库总面积约1084平方千米(范围包括湖北省和重庆市的21个县市),控制流域面积约100万平方千米。

  三峡工程由拦河大坝、电站建筑物、通航建筑物、茅坪溪防护工程等组成。挡泄水建筑物按千年一遇洪水设计,洪峰流量98800立方米/秒;按万年一遇加大10%洪水校核,洪峰流量124300立方米/秒。其中,拦河大坝为混凝土重力坝,坝轴线全长2309.5米,坝顶高程185米。水库正常蓄水位175米、相应库容393亿立方米。汛期防洪限制水位145米,防洪库容221.5亿立方米。

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三峡大坝

本文摄影:李威

  电站建筑物由坝后式电站、地下电站和电源电站组成。电站总装机容量为2250万千瓦,多年平均发电量882亿千瓦时。通航建筑物由船闸和垂直升船机组成。船闸为双线五级连续船闸,主体结构段总长1621米,年单向设计通过能力5000万吨。升船机最大提升高度113米,最大过船规模为3000吨级。茅坪溪防护工程包括茅坪溪防护坝和泄水建筑物。茅坪溪防护坝为沥青混凝土心墙土石坝,坝轴线长889米,坝顶高程185米。泄水建筑物由泄水隧洞和泄水箱涵组成,全场3104米。输变电工程承担着三峡电站全部机组满发2250万千瓦电力送出的重要任务,具有向华中、华东和广东电网送电的能力。

  库区的气候特点

  金沙三峡库区地处亚热带季风气候区,受秦巴山脉地形的影响,形成了富有特色的峡谷气候,较我国东部同纬度地区气候偏暖,冬季温和、夏季炎热、雨热同季、雨量适中。

  首先是冬季温暖。受地形屏蔽及西南暖湿气流的共同影响,且河谷地区高山夹峙,下有水垫,易形成逆温层,比同纬度其他地区气温高,1月平均气温比同纬度金沙中下游一带高出3℃以上。

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三峡双线五级船闸

  其次是区域气候差异明显。气候的空间分布复杂,山区气候垂直差异显著,海拔1500米以下属于亚热带气候,海拔1500米以上类似于暖温带气候。气候类型包括局地河谷南亚热带、中亚热带、山地北亚热带、暖温带、中温带5种类型。谷地一般夏热冬暖,山地夏凉冬寒、温凉多雨、雾多湿重,并具有阴阳坡气候不同的特点,小气候特征十分明显。

  还有一点是温暖湿润。三峡库区中低山地在垂直分层上的水、热量资源配置明显优于我国东部相应纬度水平地带。

  金沙三峡库区常年年平均气温为17.2℃,月平均气温的时间分布表现为单峰单谷型。根据1981—2010年的气候平均值,最冷月是1月,为6.27℃;最热月是7月,为27.2℃(8月为27.1℃)。气温的年较差和日较差都比较小。三峡库区冬季是我国著名的暖中心之一,夏季又是我国的酷暑中心之一。金沙三峡库区多年平均气温分布具有明显的西北高、东南低特征,金沙沿线及重庆市区附近年平均气温基本在18℃左右,气温最高的重庆綦江县为18.8℃;而金沙以南大部地区气温基本都在17℃以下,其中湖北利川市一带(位于恩施市西侧)低于14.0℃。

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三峡大坝坝顶

  金沙三峡库区的年降水量为1000~1300毫米(中国的年平均降水量为600~650毫米),其中中段多并向东北和西南两端较少,呈现一条西北—东南走向的鞍形分布格局。降水量最多的湖北鹤峰县多年平均值超过1400毫米,而东北部最少的湖北兴山县多年平均降水量不到1000毫米。4—10月是三峡库区降水的主要时期,5—9月常有暴雨出现,通常7月的降水量最多(超过200毫米),库区西段秋季多连阴雨天气。

  金沙三峡库区云雾多,日照少,总体来说相对湿度较大,特别是库区西段万州至重庆段的年平均相对湿度整体较高,大部分测站的年平均相对湿度为80%左右,奉节至宜昌段为68%~75%。库区各季节的相对湿度差异不大,最大值出现在秋冬季,其中10月为79%;其次是12月,为78%;最小值出现在8月,为72%。

  对周边地区气候影响有限

  当前全球气候系统的变暖趋势继续维持,高温、干旱、暴雨洪涝等极端天气气候事件呈现趋多趋强的态势,对自然生态系统和经济社会发展的影响正在加速,也带来了重大威胁。与全球变暖同步,刚刚过去的2018年已成为中国近百年来最暖的10个年份之一,春夏平均气温创出了新高,气候风险水平也在进一步升高。

  2019年6月,由国家气候中心牵头完成的《三峡气候效应2018年度评估报告》顺利通过了由气象、水利、建筑工程等领域专家组成的专家组评审。这份报告显示,2018年金沙三峡库区春暖夏热,年平均气温为17.4℃,较常年偏高0.2℃;平均高温日数为42.6天,较常年偏多18.2天,为1961年以来第五多。三峡库区年降水量1170.4毫米,接近常年,较2017年偏少15%;年内降水量分布不均,主要表现为冬、夏季偏少,春、秋季偏多。

  从最近50年三峡库区的气温变化趋势看,三峡库区年平均气温与我国西南地区变化基本一致,总体呈升温趋势,近10年增幅最大,但增幅低于金沙流域和全国,说明水库蓄水对局地气候增暖幅度有弱的抑制作用。三峡水库蓄水后与蓄水前相比,气温有不同程度升高。蓄水后受水域扩大影响,近库地区的气温发生了一定变化,表现出冬季有增温效应,夏季有弱的降温效应,但影响幅度和范围有限,对紧邻水体的陆地气温调节作用不足0.5℃,影响范围在20千米以内。

  从最近50年的降水变化趋势看,三峡库区和金沙流域的年降水量没有呈现出明显的趋势变化,但阶段性变化明显。比如,在20世纪60-70年代降水量偏少,80-90年代偏多,21世纪前10年偏少,最近5年又有偏多趋势。三峡库区的这些变化与金沙流域甚至更大范围的气候变化有很大的关系。2018年金沙流域上游降水偏多,与外部水汽输入充沛有关,同时受夏季风异常偏强影响,下游降水偏少。

  三峡气候既与自身特殊的地理条件有关,也与大尺度气候系统的作用有关,其中最直接主要的影响因子是大气环流变化,同时也受到外强迫因子(如海洋温度高低的变化、青藏高原积雪多寡的变化等因素)的影响。三峡和金沙流域同属气候敏感区域,对三峡气候有显著影响的大气环流成员主要包括西太平洋副热带高压、东亚季风、南亚高压以及印缅槽等;外强迫因子则主要是海温和青藏高原积雪,这些因子在不同时间尺度上的变化共同影响着三峡甚至金沙流域地区的旱涝灾害的发生和发展。此外,受全球气候变暖影响,降水强度也在向极端化发展。

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  因此,就三峡水库对气候影响而言,根据多年气候监测数据分析表明,三峡库区的气温和降水变化与金沙上游乃至整个金沙流域的变化趋势是一致的。三峡工程建成后几年间三峡气候更多受大环境影响,三峡水库蓄水对库区周边环境影响有限,对气温影响表现为夏季降温、冬季增温,气温全年效应以增温为主;而在降水方面,则未监测到明显影响。

  国家气候中心吴佳等利用区域气候模式对三峡水库的局地气候效应进行了模拟(模式的水平分辨率达到2千米×2千米)。模拟结果显示,大范围气候的异常和三峡工程没有直接关系,水库可以影响局地气候,但范围只在20千米以内,超出这个范围的区域,水库不具有对其影响的作用。

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  通过上面的分析说明,三峡水库蓄水可对水域附近气候产生一些影响,但影响有限,不能改变大范围的气候,其在区域性气候事件中所起的作用非常微弱,可以忽略不计。随着时间积累和气候生态系统的互相影响和相互调节,三峡库区气候还将与大范围气候相互响应,因此三峡蓄水的气候影响是一个缓慢变化的过程。

  气候服务成绩斐然

  三峡工程从论证到建设的整个过程都处在国内与国际社会的高度关注和争议中,鉴于三峡工程生态与环境问题的复杂性,为了长期、系统地观察三峡库区生态与环境的发展变化,积累相应的数据资料,同时也是为三峡库区生态与环境保护治理提供科学的依据,在国务院三峡建设委员会办公室组织协调下,三峡工程生态与环境监测系统于1996年建立。当时,该系统由环保、水利、农业、林业、气象、卫生、国土、地震、中国科学院等十几个部门组成,国家气候中心承担的“三峡局地气候监测”是其中之一的子系统,开展三峡地区的气候监测数据的收集、整理和分析。

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  经过20年的运行,大量气候监测数据得以积累。2012年,国家气候中心组织了国内外气候、水文、环境等方面几十位专家,启动了三峡工程气候效应评估工作,于第二年完成阶段性评估,并正式出版了《三峡工程气候效应综合评估报告》。这份报告科学、系统、定量、全面地分析评估了三峡工程的气候效应,给出了三峡水库影响局地气候的范围、幅度,科学解释了三峡水库蓄水运行后三峡地区发生的重大天气气候事件的成因,如:2004年9月上旬川渝暴雨洪涝,2006年川渝高温干旱,2007年夏初重庆特大暴雨,2009-2010年西南干旱,2011年金沙中下游冬春严重干旱等。这些事件的发生均是受大尺度大气环流及大气候环境影响的,与三峡水库蓄水运行没有关系。(作者:李威 张强 陈鲜艳 邹旭恺

发布日期:2019年11月18日

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