一、大西北 – 黄沙飘满地，白云悬于天

中国大西北处于西风带上，溯风而上，其干旱源头是塔克拉玛干大沙漠。

中国的人口分布极不均衡，若把中国分成如图1.1所示的南方地区、北方地区、青藏地区和西北地区，可以看出绝大部分人口集中在南方地区和北方地区，很少人口生活在西北地区和青藏地区。青藏地区人口稀少的原因是高海拔，氧气稀薄，气候寒冷，不适于居住，而西北地区唯一的制约因素是缺水。

图1.1：中国人口分布及区域

现今夏季南方地区的洪水越发越大，而西北地区干旱却在加剧。南方和北方地区受太平洋气流的影响，尤其是夏天的季风给南方带来大量的降水，而大西北地区则处于西风带上，大气环流所携带的水分大部分被帕米尔高原截留，所剩不多，结果干燥的西风带与东南方的暖湿气流相互作用，造成了降水由低到高的过度（如图1.2所示）。

图1.2：中国年均降水量分布

众所周知，大西北的干旱是青藏高原和帕米尔高原的雨影效应（Rain Shadow Effect）所致。如图1.3所示，当湿润的空气随着盛行风遇到山体上升时，温度降低，水蒸气凝结，形成山前降水。当绕过山顶后，空气中的湿度已经大大降低，所以在山的背风面，下降的空气就会干燥的多。空气湿度在大气中沿高度的分布，就会经历如图中所示的变化，背风面空气湿度在低空会显著低于迎风面同样高度的值，这就造成山脉背风面区域的干旱和沙漠化。值得注意的是，在与山顶同样高度的大气中，湿度却几乎不受影响，例如天山山脉的东段和祁连山都处于青藏（帕米尔）高原的背风面，但那里照样有冰川、雪山、高海拔的湖泊和森林草场，而在山脚下却是塔克拉玛干沙漠和极端干燥的罗布泊，以及巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠等。

图1.3：高山（或高原）雨影效应，以及上、下风地区空气湿度在大气中分布的比较

图1.4：雨很难降在沙漠是因地面附近空气相对湿度太低

降雨取决于两个条件，一是大气携带足够的水分（即降雨云），二是地面附近的空气相对湿度要足够高，在沙漠地区，通常这两个条件都不具备，但第二个条件是决定性的。空气湿度是空气中水蒸汽的含量，相对湿度是空气湿度与饱和湿度之比，饱和湿度则是水蒸汽开始凝结时的空气湿度，它与温度和压力有关。在沙漠里我们常常会看到蓝天白云（见图1.4），但是天高云淡很难形成降水，主要原因就是沙漠里地面附近空气的相对湿度不够高，雨滴落到一定高度就又重新被蒸发掉。沙漠里地面附近的空气相对湿度低是因为那里水蒸发少，另外，对应于同样的空气湿度，气温越高相对湿度就越低。

图1.5中的蓝线所示为在北纬40°附近（塔里木盆地中间和罗布泊的位置），全球平均空气湿度随海拔高度的变化。可以看到，地面上的湿度最高，随高度增加，湿度很快降低。在4700米（青藏高原的平均高度），空气湿度只有地面（零海拔）湿度的1/5，而在这个高度以上的大气中所含的水分只有整个大气水分的7%左右。所以当西风带掠过帕米尔高原时，其90%以上的水分会被高原的迎风面截留，只剩下不到10%的水分被西风携带到背风面。也就是说，帕米尔高原起着一个隔离作用，其西侧的干湿变化，只要不是天翻地覆，都不会对其东侧的干湿状态产生显著影响。图1.5中的间断红线代表沙漠地区的空气湿度，随海拔高度的变化。沙漠与正常的生态环境相比，其最大的不同就是沙漠里低空的空气湿度比较低，而在高空其湿度则会相对稍高一点，以使其蒸发的水分传递到沙漠之外的地区，从而增加相邻地区的降水，这也是为什么沙漠周围地区经常是“十年九旱，不旱则涝”。

图1.5：空气湿度随海拔高度变化

青藏高原和帕米尔高原的雨影效应，自然在其背风面的低海拔处形成沙漠，这就是塔里木盆地内的塔克拉玛干沙漠，它也是中国最大的沙漠。塔里木盆地内虽然极度干旱缺水，但那里也有众多的溪流从周围的山脉流出，汇集在一起流到中国最长的内陆河– 塔里木河（见图1.6）。大气环流掠过周围的高原和山脉时所形成的降水，虽然大部分留在山体的迎风面，但也有一部分流到盆地内，称为地形降水溢入（OrographicPrecipitation Spillover），再加上盆地内少量的降水（整个盆地大约年均50毫米），就是盆地内的总降水。

图1.6：塔里木盆地内的河流分布及罗布泊的位置

塔里木盆地面积为53万平方公里，出山口的河流总径流量为大约平均每年398亿立方米^[1]，假设这就是地形降水溢入，均摊到单位面积，它相当于每年75毫米降水，再加上盆地内的年均降水50毫米，盆地的年总降水则大约为125毫米，在同一纬度全球的年均降水为800毫米左右，所以塔里木盆地的降水只是全球平均值的大约15%。在同一纬度的陆地全球年平均水蒸发量大约是360毫米，塔里木盆地的年蒸发量（125毫米）是这一平均值的35%。然而，塔里木盆地的大部分区域是沙漠，那里的蒸发能力超过每年2000毫米，若是把所拥有的水均匀分布在整个盆地，将是杯水车薪，会很快烟消云散，所以这些有限的水只能维持盆地周围靠近河流、面积很小的绿洲（见图1.7）。正是由于上述雨影效应，当帕米尔高原抬升到一定高度时，塔克拉玛干沙漠就自然形成了，有研究认为塔克拉玛干沙漠的形成大约已有七百万年^[2]。基于这个原因，要想把塔克拉玛干沙漠完全治理，大约每年需要引入1500亿立方米的水，这在现阶段是无法实现的。

图1.7：塔里木盆地内的沙漠和周围绿洲

在塔里木盆地以东、祁连山脉以北的蒙古高原南部，是面积广大的戈壁滩，以河西走廊与塔里木盆地相连。戈壁滩上的沙漠则远远年轻于塔克拉玛干沙漠，这一点非常重要，因为沙漠是演变而来的，从相邻沙漠形成的先后顺序，可以看出其源头在什么地方，通过后面的分析我们可以看到戈壁滩之于塔克拉玛干沙漠的依存关系。

综上所述，中国大西北干旱沙漠化的主要原因是青藏高原和帕米尔高原的雨影效应（因着西风带的作用，帕米尔高原的作用更大一些），西风带经过这一地区时，大部分水分被高原的迎风面截留，干燥的空气在背风面形成沙漠，并向下风地区蔓延。沙漠（包括戈壁）一旦形成，便进入恶性循环，因为那里地面附近空气相对湿度太低，即便有云偶尔从其它方向飘来，也很难形成降雨。若要阻止沙漠的蔓延，就必须在一个合适的地点切断它，这样下风地区就可免受其害，而罗布泊就处在这样一个关键位置。

参考文献

[1] 陈亚宁和徐宗学, “全球气候变化对新疆塔里木河流域水资源的可能影响,” 中国科学D辑地球科学, 卷 34, 编号 11, pp. 1047-1053, 2004.

[2] J. Sun, Z. Zhang 和 L. Zhang, “New evidence on the age of the TaklimakanDesert,” Geology, 卷 37, 编号 2, pp. 159-164, 2009.