圖文類三等獎(jiǎng):神奇的露水

　　本文從露水的定義、露水資源、露水的生態(tài)意義、露水的收集和開發(fā)露水資源的新技術(shù)等萬(wàn)面作了系統(tǒng)的介紹。引導(dǎo)讀者科學(xué)認(rèn)識(shí)露水、收集和開發(fā)利用露水。

　　神奇的露水

　　作  者:張 強(qiáng) 責(zé)任編輯:趙菲

　　隨著全球氣候變暖不斷加劇和人口迅速增長(zhǎng)，水資源短缺已成為全球面臨的共同挑戰(zhàn)。就當(dāng)前形勢(shì)而言，僅僅依靠自然降水已很難滿足人類生存和發(fā)展的需要。干旱災(zāi)害正在呈現(xiàn)出常態(tài)化和全球蔓延化的新特點(diǎn)，人類抗旱防災(zāi)的形勢(shì)十分嚴(yán)峻。

　　為應(yīng)對(duì)全球干旱化加劇的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，近年來(lái)人們對(duì)水資源的開發(fā)利用逐步走上了多措并舉之路，水利建設(shè)、人工增雨、保墑和雨水集流等措施已經(jīng)在開發(fā)利用地表水、云水、土壤水等的過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。作為地球上另一重要而珍貴的水資源，人們對(duì)露水的科學(xué)認(rèn)識(shí)卻明顯不足，對(duì)其開發(fā)利用也一直沒有得到充分重視。

　　露水是什么

　　人類對(duì)露水的描述和認(rèn)識(shí)由來(lái)已久。早在19世紀(jì)初，威爾斯就對(duì)露水形成進(jìn)行了科學(xué)闡述。20世紀(jì)60年代，世界氣象組織對(duì)露水給出了一個(gè)正式定義：露水是指水汽通過(guò)輻射冷卻降溫至干凈空氣的露點(diǎn)以下而在某一表面形成的凝結(jié)物。我國(guó)學(xué)者綜合以往研究對(duì)露水所作的比較全面的定義為：露水是指在天氣晴朗、無(wú)風(fēng)或微風(fēng)的夜晚，貼近地面的空氣受地面長(zhǎng)波輻射冷卻的影響而降溫到露點(diǎn)以下，所含水汽的過(guò)飽和部分在地面或地物表面上凝結(jié)而成的水珠。

　　自然界的露水只有在合適的條件下才能形成。一般，在晴天情況下露水比較容易形成。從時(shí)間上講，露水多出現(xiàn)在夜間或清晨，并且在春秋季節(jié)出現(xiàn)頻率更高一些。

　　露水資源知多少

　　我們的祖先很早就有利用露水的傳統(tǒng)，在深山中修心養(yǎng)性的道士和隱士們，常常采集自然界的露水作為生活飲用水，這也成為他們長(zhǎng)壽的秘訣。在干旱半干旱區(qū)，如果大氣水汽條件合適，地表熱力條件一般更有利于露水的形成，露水有時(shí)能夠達(dá)到自然降水量的水平，在某些極端干旱地區(qū)它甚至是生態(tài)植被的唯一液態(tài)水分來(lái)源。據(jù)估算：在年平均降水量為100毫米多的甘肅民勤地區(qū)，其露水量可達(dá)到100~200毫米。同時(shí)，最近觀測(cè)試驗(yàn)還證實(shí)：干旱地區(qū)日平均露水量可以達(dá)到0.1毫米以上的量級(jí)；如果選擇了很理想的局地氣候和地理環(huán)境條件，露水最大的時(shí)候每日可達(dá)0.5毫米以上，甚至超過(guò)1毫米。由此可見，自然界的露水資源不僅比較豐富，而且開發(fā)利用潛力也比較巨大。

　　在國(guó)際上，法國(guó)、秘魯、以色列和德國(guó)等國(guó)家一直在發(fā)展露水資源開發(fā)利用技術(shù)，在加勒比海地區(qū)，露水已經(jīng)作為飲用水源在生產(chǎn)生活中被廣泛收集利用。相對(duì)而言，我國(guó)對(duì)露水資源的開發(fā)利用只有很少一些嘗試性的試驗(yàn)工作，豐富的降露水資源一直在白白流失。

　　特殊的生態(tài)意義

　　與自然降水相比，露水具有非常獨(dú)特的生態(tài)和氣候效應(yīng)。首先，葉面露水可以直接被葉片吸收，能夠有效降低植被內(nèi)部水分的虧缺，它往往要比植物從根部吸收的水分能更加及時(shí)地供植物生理所需。其次，露水的形成一般要比降水更均勻，能夠被土壤或植被葉面更加充分吸收，不會(huì)形成流失或過(guò)度浸泡等水資源浪費(fèi)或水害。第三，露水更易于被植物根系吸收，其吸收利用效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般降水或灌溉水。第四，盡管露水量不一定很大，但它持續(xù)的時(shí)間要比降水長(zhǎng)得多，發(fā)生的頻率也要比降水高得多，往往在植物水分極端損失后的關(guān)鍵時(shí)期能夠推遲葉片萎蔫，維持植物持續(xù)生存。第五，露水可以直接凝結(jié)在土壤表面或形成露滴滴落到土壤中，直接參與土壤和植物的水分平衡過(guò)程。

　　不僅如此，露水還是自然生態(tài)系統(tǒng)中昆蟲和小動(dòng)物的重要水源，它對(duì)荒漠區(qū)微生態(tài)環(huán)境維持和固沙具有良好的作用，是土壤微生態(tài)系統(tǒng)的重要參與者和關(guān)鍵影響因素。

　　收集露水

　　在現(xiàn)實(shí)中，不僅可以有效利用露水，還可以通過(guò)改善或選擇局地氣候條件以及改造地表和地物特性等手段，來(lái)創(chuàng)造有利于露水資源形成的氣象條件及適宜的地表熱力和動(dòng)力特性，以此來(lái)增加露水的形成量，達(dá)到開發(fā)的目的。實(shí)踐中，開發(fā)露水主要從選擇有利的氣候條件和開發(fā)最佳的露水凝結(jié)兩個(gè)方面來(lái)入手。

　　就局地氣候條件而言，在天空少云、空氣濕度較大、風(fēng)速適中、近地層逆溫比較明顯、表面溫差較大時(shí)，露水形成率比較高。試驗(yàn)表明，產(chǎn)生露水的理想氣候條件是：近地層大氣相對(duì)濕度大于90％，風(fēng)速保持在1~2米/秒之間，地表溫度低于露點(diǎn)，近地層大氣保持向下的水汽輸送狀態(tài)，等等。就地理?xiàng)l件而言，平坦開闊的地形有利于表面冷卻和水汽輸送，露水比較容易形成。

　　同時(shí)，由于近地層大氣溫度和濕度的梯度分布很大，不同高度的冷卻效果和空氣水汽條件會(huì)有很大差別，露水收集裝置距離地面的高低程度也會(huì)影響露水的形成。研究結(jié)果證實(shí)，在某些高度上露水收集效果確實(shí)要更好一些。
對(duì)露水凝結(jié)面的動(dòng)力、輻射、熱力和親水性的改進(jìn)都會(huì)增加露水形成的效率，所以創(chuàng)新和改進(jìn)露水凝結(jié)面是目前開發(fā)露水資源的主要技術(shù)發(fā)展方向之一，它比選擇局地氣候條件更主動(dòng)，也更有效。

　　首先，對(duì)露水凝結(jié)面形態(tài)的改進(jìn)是最為簡(jiǎn)單易行的技術(shù)手段，制作開口寬闊、體態(tài)扁平、體形輕巧的露水收集器，并將其架到空中，就能獲得比自然狀態(tài)更多的露水量。其次，對(duì)露水凝結(jié)面熱力性質(zhì)的改進(jìn)也常用在新型露水收集器的設(shè)計(jì)中，它可以更顯著地改善凝結(jié)面的冷卻率，這對(duì)露水形成效率的提高比較明顯，一般適宜采用熱傳導(dǎo)性差和反照率較大的材質(zhì)制作露水凝結(jié)面。第三，使用具有較好親水性的材料制作的露水凝結(jié)面也可以增加露水生產(chǎn)量。干凈、光滑的無(wú)機(jī)材料凝結(jié)面親水性最好。第四，可通過(guò)選擇最佳的凝結(jié)面傾角來(lái)有效增加露水量。比較分析認(rèn)為，凝結(jié)面與水平面成30o角時(shí)的露水收集量最多。第五，通過(guò)改進(jìn)露水凝結(jié)面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也可以提高露水收集量。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由于具有充分的通風(fēng)透氣性、最小的熱慣性和多向凝結(jié)的優(yōu)點(diǎn)，是輻射冷卻效果最好、水汽條件最佳、凝結(jié)面積最有效的凝結(jié)面結(jié)構(gòu)。

　　開發(fā)露水資源的新技術(shù)

　　目前，在實(shí)際應(yīng)用中，以金屬網(wǎng)為凝結(jié)面制作的露水收集器對(duì)露水量的增強(qiáng)效果比較理想。這一裝置用細(xì)鐵絲編成直徑約1米的漏斗形金屬網(wǎng)，其中粗鐵絲做經(jīng)線，細(xì)鐵絲做緯線，并用支架撐起金屬網(wǎng)，在金屬網(wǎng)漏斗下放置露水收集桶。為了更有效增加露水收集量，大金屬網(wǎng)內(nèi)還可再套上小金屬網(wǎng)，或者把細(xì)鐵絲編成松針狀放在金屬網(wǎng)內(nèi)，以增強(qiáng)表面輻射和增大凝結(jié)面積。

　　最近，人們開始嘗試應(yīng)用納米技術(shù)和新型生化材料等更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)提高露水開發(fā)利用效果。比如，有人用納米尼龍纖維制成的無(wú)紡布作露水收集器的凝結(jié)面，具有良好的效果。同時(shí)，還有人試驗(yàn)在地表噴灑高科技生化材料，來(lái)增加地表的親水性，以達(dá)到提高露水量的作用。如果這種方法試驗(yàn)成功，可以在廣大地區(qū)普遍推廣使用，其現(xiàn)實(shí)意義會(huì)更加巨大。

　　從發(fā)展趨勢(shì)看，未來(lái)的技術(shù)方向應(yīng)該是將輻射冷卻效果好、親水性強(qiáng)的新材料與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和空中放置等多種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的集成技術(shù)，這也為人類抗御自然災(zāi)害帶來(lái)新的希望。

　　（責(zé)任編輯：葉海英）