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干旱、火灾和季风气候的前世今生 精选

已有 4599 次阅读 2020-4-18 14:32 |个人分类:科普|系统分类:科研笔记| 季风, 冬春季干旱, 森林火灾, 青藏高原

 

四月的西南除了新冠病毒外,牵动人们心弦的,还有云南的干旱和四川西昌的森林火灾。在云南,全省因为干旱已经造成了147.79万人和41.73万头大牲畜饮水困难,100条河流断流,180座水库干涸,农作物受灾面积已达460万亩(春城晚报微信公众号)。这种冬春季的干旱已经不是第一次发生,2010年云南水库干涸的照片就曾经走红网络(图1)。在四川,2019330日凉山州木里县雅砻江镇发生森林火灾,31位救火队员壮烈牺牲的事件又在重演。2020年,几乎是相同的时间,相近的地点,同样的事情又在发生。330日下午,四川凉山西昌突发森林大火,火势蔓延危及西昌市区,18名消防队员牺牲。为什么干旱和火灾在西南会反反复复的上演,这一切还要从季风气候的前世今生说起。


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图1. 云南2010大旱造成水库的干涸

按照气候特点,全球气候类群可以大致分为:内陆气候,海洋气候,沙漠气候,热带气候和季风气候。各种气候类型都有自己的典型特征,比如地中海型气候降雨主要集中在冬春两季,而热带地区全年降雨较为较为均匀(图2)。季风气候是全球一种主要的气候类型,其典型特征是大气环流季节性反转所引起的干湿季交替。季风系统直接影响着地球的大气圈、水圈和生物圈,全球60%的人口受季风气候的影响。亚洲季风系统建立后,最大的环境效应就是降雨的季节性增强,形成干湿两季的显著变化,造成全年降雨的不均衡。以云南为例,大部分地区全年80%以上的降雨集中在夏、秋两季(通常5月下旬到10月下旬),而冬、春季(通常11月至次年5月上旬)降雨通常少于全年降雨总量的15%。雨季前和雨季中,森林的外貌都会有很大的不同(图3)。季风气候条件下,雨热同期非常有利用于农作物的生长。然而,在季风气候下,冬春季干旱就是一种常态,森林火灾也是一种大概率的事件。了解季风气候的形成与演变过程,有助于我们了解气候气候的特征,增强我们科学应对频频发生的冬春季干旱和森林火灾的能力。

图2. 气候类型图

图3. 显示同一地点雨季前和雨季后的森林外貌以及昆明50年降雨图

季风是热带辐合带(Intertropical Convergence Zone ITCZ)季节性迁移的表现,本质上是太阳直射纬度的季节性变化。太阳直射点分别在1222日和622日前在南回归线和北回归线之间移动,这种移动,引起上太阳辐射热量在南北回归线之间的变化,而最终形成海洋温度的变化。热带辐合带是全球分布的,季风也就就是全球现象。全球有北美、南美、北非、南非和澳洲-印尼等六大季风区(图4)。

在这个六大季风区中,亚洲季风和我们的关系最大。亚洲季风又可以细分为东亚季风和南亚季风,前者由于水汽来源于太平洋又称为太平洋季风,后者水汽来源于印度洋有称印度洋季风,也称为西南季风。东亚季风主要影响的区域是亚洲东部的大部分区域,而南亚季风影响印度次大陆和我国云南西部。这两种季风虽然都表现为降雨的季节性差异,但是在诸多细节上又有一些差别。在风向上,印度洋季风,夏季以西南风为主,冬季主要是不十分明显的东北风;太平洋季风夏季以东南风为主,冬季以西北风为主。印度洋季风启程比较晚但是发展快,一般始于6月初开始,在一个月内就达到最大影响范围;而太平洋季风在四月启动,但是发展过程慢,3月才达到最大影响。从降雨量看,印度洋季风降雨的季节性更明显,全球降雨的80%是在雨季,而太平洋季风雨季降雨量为全年降雨的60%左右。

图4. 全球季风分布图

亚洲季风是什么时候形成的呢?如果把季风定义为季风是热带辐合带季节性迁移的表现,那么当亚洲大陆的地理位置和今天接近的时候,亚洲季风气候就已经存在了。如此推算,亚洲季风在早白垩世就已经存在了。然而,青藏高原的隆升改变了亚洲季风的形态,使得亚洲季风演变成为我们今天看到的样子。在青藏高原形成以前,中国中部的气候由副热带高压控制。热带辐合带的季节性迁移带来的降雨到达不了这些区域,使得在整个古近纪我国中部横亘着一条横贯东西的干旱带。青藏高原的形成,改变了亚洲的地形地貌和大气环流,巨大的山体像一台抽水机,将海洋的湿气团吸到我国的中东部地区,使得中国中部的干旱带消失,亚洲季风从热带辐合带季节性迁移为主导的季风,变成由海洋风为主导的现代季风(图5)。而中中新世喜马拉雅逐步达到现在的高度,将印度洋的水湿气团带到了印度次大陆甚至深入到我国的西南部,这就是我们说的印度洋季风。可以说没有青藏高原的形成,就没有今天的江南水乡。


 

图5. 显示青藏高原对大气环流的改变

自从中新世以来,亚洲季风的格局的就基本形成,在全球气候的背景下,诸如,北极冰盖的形成,大气二氧化碳浓度的改变,第四纪冰期等地质事件的影响下,季风的强弱会发生一些改变,比如我们对古气候的重建表明,从中新世到上新世,在云南,季节性进一步的增强,降雨更加的集中于夏季。但是,在总体上现代季风气候所带来的以冬春季为干旱的气候特征就不会改变。认识这一气候特征,有助于我们科学合理的应对冬春季干旱,和冬春季在我国西南频频发生的森林火灾。

以滇中为例,2010年也出现程度和今年不相上下的冬春季干旱,再查气象记录,类似的干旱也时有发生,甚至呈现出周期性的规律。冬春季干旱就是云南气候特征的一种常态。受干旱影响较大的滇中地区,全年的降水并不算少。昆明的全年降雨在8001200毫米左右,但是这些降雨大多数是集中在雨季,也就是7-9月之间。如果我们能够兴修水利,做到科学合理的蓄水,冬春季的干旱的影响就会大大降低。几年前我还是省人大代表的时候,作为代表去视察了一个水库,我记得那个时候是9月份,我看到水库的水位很低,水库的闸门被高高的提起,而那一年当地的降雨也比较少。我问水库的负责人,为什么还不关闸蓄水,该负责人回答说,水利部门有一个规定,为了防止洪涝,水库要在10月才能蓄水。10月已经是雨季的尾声,这时候能蓄的水是非常有限的了。不知道这个情况现在是否得到改变。

说到森林火灾大家都谈虎变色,其实火在森林的更新中,发挥着十分重要的作用,有些物种的种子必须要经常森林火烧后才能萌发。我们的森林面积总体减少,城市面积在扩大,我们承担不起森林火灾的后果。每到旱季,人们对森林火灾可谓是严防死守,但是森林火灾还是频频发生。当然有些火灾是人为因素引起的,但是很多森林火就是一个自然过程,防不胜防。从化石记录中可以看到,在地质历史上,森林火也是经常发生的。既然森林火灾不可避免,做好防范就尤为重要。这种防范并不是发生火灾以后再去灭火,而是在森林中,做好防火隔离带,即使森林火发生,也不至于成片的烧掉整个森林。世间最为珍贵的是生命,失去了就不会再来。

 

参考文献:

王宇等,1990. 云南省农业气候资源及区划北京:气象出版社

汪品先,2009. 全球季风的地质演变科学通报54: 535-556.

Alex Farnsworth et al., 2019. Past East Asian monsoon evolution controlled by paleogeography, not CO2. Sci. Adv. 2019;5: eaax1697

Robert A Spicer, 2017. Tibet, the Himalaya, Asian monsoons and biodiversity e In what ways are they related? Plant Diversity. 39:233-244

          Sun X.J., Wang P.X., 2005. How old is the Asian monsoon system?--Palaeobotanical records from China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 222: 181-222.



 

 




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