本文来自微信公众号:地球知识局 (ID:diqiuzhishiju),作者:小哲、凯尔希,校稿:辜汉膺 ,编辑:板栗
地球,是什么颜色的?是海蓝色、是墨绿色、也是土黄色。
地球陆地的三分之一被贫瘠且荒凉的黄色所覆盖,这里是十几亿人的家园,因缺水而构成了地球的“干旱部分”,其规模之大,从太空中看去仿佛地球内嵌了一个沙丘世界。
找到地表最大干旱区(一目了然)▼
仿佛地球上内嵌了一颗沙丘星球(横屏观看)▼
今天,我们将通过气象、洋流、地球轨道参数的原理探究地表最大干旱区的成因,并从中管窥全球干旱的奥秘。
从太空中俯瞰撒哈拉(图:NASA)▼
什么是干旱区?
一个地区“平均降水量”和“平均潜在蒸散量”的比值,被称为干旱指数(IA,the index of aridity),这个数字小于 0.65,就跨入了“半湿润半干旱地区”的门槛,相当于降水量不到潜在蒸散量的 65%。
由此可以分出四个等级:半湿润半干旱地区(0.65-0.50 ) 、半干旱地区(0.50-0.20)、干旱地区(0.20-0.05)和极端干旱地区(<0.05)。
横屏-干旱地区分布 ▼
比如华北平原就有一部分是半湿润半干旱地区,而极端干旱这种王者级干旱,降水量还不到潜在蒸散量的 5%,这 5%还会在几次强降水中快速用掉,往往还没形成径流或渗入地下,就被蒸发掉了,即使像今年阿曼遭遇的大洪水,也无法改变其极端干旱的本质。
这种极端干旱区占地球陆地面积的 6.6%,撒哈拉沙漠占了其中的绝大部分。作为全球最大的沙漠,撒哈拉长 4800 公里,最大宽度 1800 公里,920 万平方公里的它是印度面积的三倍,能把美国本土装进去,是毋庸置疑的地表最大干旱区。
撒哈拉占据了大半个北非,不可谓不大了 ▼
然而,与撒哈拉同纬度的东亚季风区,地中海北岸的欧洲都是一片绿意盎然,三面环海的撒哈拉怎么就旱成了这样?
要搞清地表最大干旱区的底层地理逻辑,还要说回我们以前讲的“副热带高压带”。
在赤道受热上升的暖空气,会在南北纬 30° 附近下沉,形成气压相对高值区域,也就是“副热带高压带”。在其控制下,南北纬 30° 附近都形成了大面积的沙漠。
横屏-全球沙漠分布 ▼
在北半球,由于青藏高原、地中海、落基山脉的阻隔,副高会断裂成北太平洋副热带高压带、北大西洋副热带高压带、伊朗-北非高压三个部分。
平常这三个高压带断开时候的还好,一旦连起来
就能让北半球很多地区都感受到什么是“身处沙漠”般的酷热
(2022 年 6 月 15 日中午 12 时的全球气压图)▼
这三大副高会季节性向东西两边延伸,甚至绕地球一圈,形成今年北半球全面高温的景象,但前两大副高主要还是盘踞在海洋上,只有伊朗-北非高压,牢牢掌控着从伊朗高原到大西洋沿岸横跨 7000 多公里的土地。
也难怪沙漠喜欢分布在南北纬 30° 附近
在副高控制下是真的热啊 ▼
当然,要形成如此广阔的沙漠,光靠副热带高压还不够,还要离水源“足够远”。
来自海洋的水汽是陆地降水的主要来源,离海洋越远降水也就越少。比如被高原和山脉层层包裹的塔里木盆地,就形成了塔克拉玛干大沙漠。
远离海洋,还被团团围住
只有雪山融水支撑着沙漠中为数不多的生命
(参考:wiki)▼
地形很重要,但还不是全部。
阿拉伯半岛直面印度洋,一样是极端干旱沙漠遍布,但隔壁的印度就降水充沛花团锦簇。
这主要是因为夏季的南亚季风,是由东南信风偏转形成的西南风,这个偏转点就在索马里附近,并形成强劲的索马里急流,风速可达 65m / s,将印度洋的水汽都吹到了印度半岛,阿拉伯半岛只能在副高的控制下看着印度洋,但就是不下雨。
携带着水汽的季风一个急转弯
头也不回地扬长而去 ▼
既然印度洋一滴雨都不想给那大西洋呢?
撒哈拉沙漠虽然有着漫长的大西洋海岸,但经过这段海岸的是加纳利寒流,其源头是北大西洋暖流的一支。寒流过境,往往意味着降温减湿,大气遇冷下沉,引发干旱气候。
在类似纬度的大陆西海岸,寒流也造就了阿塔卡马沙漠、纳米布沙漠和索诺兰沙漠,只不过其规模完全不能和撒哈拉相比。
横屏-寒流与纬度在 15° 到 30° 附近的沙漠的位置关系
(参考:wiki)▼
今天的萨赫勒草原,其实就是曾经“撒哈拉大草原”的缩小版,北非季风在过去可以长驱直入到比今天更靠北的地区,热带大西洋的潮湿空气由此深入撒哈拉腹地,这才有了史前岩画上的河马、大象。
由此可见,北非季风的极限范围至关重要,以前可以吹那么远,现在为啥就不行了?
这就不得不把格局打开了!
众所周知,地球是“歪着头”自转的,倾角大约为 23°26’,其公转轨道也并非正圆,存在一定的偏心率。
地球的自转倾角和公转轨道偏心率并非恒定,会受到月球和大质量行星的引力干扰,进而引发地球轨道的周期性变化。这其中就包括:
公转轨道偏心率的 10 万年变化周期
地球自转轴倾斜度的 4.1 万年变化周期
自转轴的 2 万年“摆动”(进动)周期
这三大轨道周期由塞尔维亚地球物理学家米兰科维奇提出,统称为米兰科维奇循环,大格局带动小格局,其中改变撒哈拉降水的周期就是“摆动”周期。(即“岁差”)
米兰科维奇循环(参考:wiki)▼
地球抖一抖形成的“摆动”,会造成地球轨道的细微变化,地球接受的太阳辐射分布也会随之改变,从而引发季风的进退,最终触发撒哈拉沙漠剧烈的“水文循环”—— 从 1.1 万年至 5000 年前,撒哈拉广阔的湿润绿洲逐渐变成沙漠。几乎每隔 2 万年,撒哈拉就发生这样一次“循环”。
地球每发生一次这种细微的变化
对地球上的生物来说都是一次巨变 ▼
在这一过程中,随着绿色褪去、黄沙弥漫,这里的居民被迫放弃越来越小的绿洲。有的四处游牧,有的向南方迁徙,有的向东迁入尼罗河流域,成为方兴未艾的古埃及文明的一份子。
踏着黄沙寻找暂栖之地,能否生存,全看天意
(马里的富拉尼牧民 图:wiki)▼
反观撒哈拉沙漠从万年前至今的历史,像地轴“摆动”这种底层规律,远超人类个体的人生尺度,人在这样的趋势面前与撒哈拉的沙粒无异。
但对于一百年内的,小尺度的,人为因素引发的环境变化,我们还有很多可做的事情,毕竟我们无力干涉地球的命运,但可以改写自己族群的生死。
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