浅谈副热带高压带与海——气相互作用对地表最大干旱区的影响

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1/3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。今天，我将通过气象、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。信息量比较大，希望你能耐心看完。 什么是干旱区？一个地区平均降水量和平均蒸散量的比值被称为干旱指数，这个数字小于0.65，就跨入到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、半干旱地区、干旱地区和极端干旱地区。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、920万平方公里的它能把美国本土装进去，是毋庸置疑的地表最大干旱区。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，还要说回副热带高压带。 在赤道，受热上升的冷空气会在南北纬30度附近下沉，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度附近都形成了大面积的沙漠。在北半球，由于青藏高原、地中海、洛基山脉的阻隔，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。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。 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。而撒哈拉沙漠表面上看是被印度洋、红海、地中海、大西洋三面环绕。但红海的体量太小，地中海大一些，但在夏季会被伊朗、北非高压控制，在冬季则被西风带控制，水汽都往东吹了，两者都无法为撒哈拉输入大量水汽。说白了，真正的水源还得靠印度洋和大西洋这种大佬。但撒哈拉东侧有埃塞俄比亚高原阻挡，印度洋水汽几乎吹不到，撒哈拉东部年降水量几乎为零。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，风速可达每秒65米，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。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玛沙漠、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。可见，虽然三面环海，但海洋却十分吝啬，水源看着很近，其实很远。副高控制下的撒哈拉沙漠，降水量极低，蒸散量极大，极端干旱也就一点不奇怪了。 但正所谓沧海桑田，6000年前的撒哈拉可能并非大沙漠，而是一片大草原。19世纪中叶，德国探险家海因里希巴特在荒凉的沙漠中意外发现了神秘的史前岩画，数十万幅精美的图像描绘着种群繁盛的大象、长颈鹿、河马和羚羊被猎人追捕的生动场景。显然，这绝非今天撒哈拉沙漠中的场景。后来，科学家通过对沙漠中软体动物的壳、硅藻、湖泊沉积和水生动物骨骼的分析发现，在大约6000年前的全新式中期，这里还有着永久性的淡水，在几乎完全被植被覆盖的土地上，点缀着大大小小的湖泊，这就是水草丰茂的绿色撒哈拉。那绿色撒哈拉怎么就消失了呢？要回答这个问题，我们需要把目光移向撒哈拉以南的萨赫勒地带，这里是大沙漠和南方西数草原之间的过渡地带。萨赫勒地区的降水主要来自北非季风，随着太阳直射点的季节性移动，全球的赤道负荷带及其降水会跟着移动，同时给当地带去明显的干湿季节转变，这就形成了所谓的季风区。每年七到八月，赤道符荷带会一路推进到约北纬20度的萨赫勒地区南侧，形成北非季风，将来自西侧大西洋的水汽带到这里，为沙漠边缘的萨赫勒草原带来降水冲沛的雨季。今天的撒赫勒草原其实就是曾经撒哈拉大草原的缩墟。北非季风在过去可以长驱植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？众所周知，地球是歪着头自转的，倾角大约为23度26分，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4.1万年变化周期以及自转轴的2万年摆动周期。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，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温循环。从1.1万年至五。千年前，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。 在这一过程中，随着绿色退去，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。当我们再回看撒哈拉沙漠和全球干旱区，会发现，干旱区不光改变了动植物，也改变了人类社会。在降水稀少、蒸发剧烈的环境下，沙质土壤的持水量与有机质含量很低，氮磷严重不足，所以植被稀疏，生物量低，包括人在内的所有动物都面临极大的环境压力。于是，人类只能小规模聚集在河流、泉水和绿洲等宝贵的水源周围，并形成了以部落为基础的传统社会共同体，相当于通过控制族群的规耐消耗与资源。将匮乏的环境达成某种平衡，但这一传统平衡如今也越发不稳定。全球的干旱和极端干旱地区除了印度西部外，人口基本都比较稀少。但根据联合国人居署的数据，干旱区18.5%的人口增长率高于其他任何生态区。激增的人口可以靠外部援助和超采地下水来短期维持，但却长期加剧了当地的环境压力。更为严重的是气候变化的影响。最近研究表明，撒哈拉沙漠在上个世纪一直在扩张，沙漠在1920年至2013年间扩大了70万平方公里，相当于一个青海省。南方的萨赫勒地带本来就属于干旱和半干旱地带，全球变暖的趋势持续下去，萨赫勒离极端干旱也就不远了。 总之，在人口压力和气候变化的双重作用下，地表最大干旱区撒哈拉沙漠恐怕还会变得更大，这对于北非、西非、中东甚至欧洲各国都是个坏消息。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砾无异，但对于100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。在此之前，理解这套地球操作系统，才能制天命而用之。