Table of Contents

Климат пустыни представляет собой некоторые из самых экстремальных и увлекательных условий на Земле, характеризующихся удивительно низким уровнем осадков и резкими колебаниями температуры, которые могут бросить вызов как людям, так и дикой природе. Эти засушливые регионы покрывают примерно одну треть поверхности земли планеты и встречаются на каждом континенте, от палящей Сахары в Африке до холодной пустыни Гоби в Азии. Понимание типичных погодных условий, определяющих климат пустыни, имеет важное значение для любого, кто живет, путешествует или изучает эти уникальные экосистемы. Этот всеобъемлющий обзор исследует сложные метеорологические явления, которые формируют среду пустыни, факторы, которые влияют на их погодные системы, и проблемы, которые эти условия представляют для жизни и человеческой деятельности в этих замечательных ландшафтах.

Определение пустынного климата

Климат пустыни формально классифицируется на основе конкретных метеорологических критериев, которые отличают их от других типов климата. Согласно системе классификации климата Кёппена, регион квалифицируется как пустыня, когда он получает менее 250 миллиметров (приблизительно 10 дюймов) осадков ежегодно. Однако определение выходит за рамки простых измерений осадков, чтобы включить связь между осадками и потенциальным испарением - количеством воды, которое может быть испарено и получено, если бы было достаточно воды.

В пустынных районах потенциальное испарение значительно превышает фактические осадки, создавая стойкий дефицит влаги, определяющий засушливый характер этих сред. Этот дисбаланс между доступностью воды и атмосферным спросом на влагу создает отличительные условия, которые мы связываем с пустынями: разреженная растительность, открытые поверхности почвы и горных пород и специализированные адаптации среди организмов, которым удается там выжить.

Горячие пустыни, такие как Мохаве, Соноран и Аравийские пустыни, испытывают высокие температуры в течение большей части года. Холодные пустыни, включая Большую Пустыню Бассейна и пустыню Гоби, переносят холодные зимы с температурами, которые могут резко падать ниже нуля, хотя они все еще поддерживают характерные низкие осадки, которые определяют все пустынные климаты.

Экстремальные вариации температуры

Одной из наиболее ярких особенностей погодных условий пустыни является экстремальное колебание температуры, которое происходит между днем и ночью, явление, известное как суточная вариация температуры. В пустынных регионах обычно происходят одни из самых больших ежедневных колебаний температуры, обнаруженных в любой точке Земли, с различиями от 20 ° C до 30 ° C (36 ° F до 54 ° F) или более между дневными максимумами и ночными минимумами.

Дневное отопление в пустынной среде

В дневное время пустынные поверхности поглощают интенсивное солнечное излучение с замечательной эффективностью. Отсутствие облачного покрова, которое характерно для пустынных регионов из-за стойких систем высокого давления, позволяет солнечной энергии достигать земли практически беспрепятственно. Температура поверхности может взлететь до экстраординарных уровней, при этом температура земли иногда превышает 70°C (158°F) в самых жарких пустынях. Температура воздуха, измеренная на стандартной высоте над землей, обычно достигает 40°C до 50°C (104°F до 122°F) в летние месяцы в жарких пустынях.

Крайнее дневное отопление усиливается несколькими факторами, уникальными для пустынных сред. Разреженный растительный покров означает минимальное затенение и малое испарительное охлаждение от транспирации растений. Сухие поверхности почвы и породы имеют низкую удельную теплоемкость, то есть они быстро нагреваются при воздействии солнечного излучения. Кроме того, низкий уровень влажности в воздухе пустыни означает, что меньше атмосферного водяного пара поглощает и рассеивает поступающее солнечное излучение, позволяя больше энергии достигать поверхности.

Ночные охлаждения и температурные падения

Когда солнце садится, пустынные районы испытывают быстрое и резкое охлаждение в процессе, называемом радиационным охлаждением. То же самое ясное небо, которое позволяет интенсивное солнечное отопление в течение дня, позволяет эффективно уходить длинноволновое инфракрасное излучение с поверхности ночью. Без облачного покрова действовать как изолирующее одеяло, отражая тепло обратно на поверхность, и с минимальным количеством водяного пара в атмосфере поглощать исходящее излучение, пустынные поверхности быстро теряют тепло после захода солнца.

Ночные температуры в жарких пустынях часто опускаются до 10 ° C до 20 ° C (50° F до 68 ° F), а в некоторых случаях температуры могут опускаться ниже нуля даже после того, как дневные максимумы превысили 30 ° C (86 ° F). В холодных пустынях ночные температуры регулярно опускаются значительно ниже нуля в зимние месяцы, иногда достигая -20 ° C (-4 ° F) или ниже. Это резкое охлаждение создает сложные условия как для дикой природы, так и для людей, которые должны быть готовы к экстремальным температурам в течение одного 24-часового периода.

Сезонные шаблоны температуры

Помимо суточных колебаний температуры, пустыни также испытывают значительные сезонные изменения температуры, хотя величина варьируется в зависимости от широты и высоты. Горячие пустыни в более низких широтах испытывают относительно мягкие зимы с дневными температурами, остающимися приятными, в то время как лето приносит экстремальную жару, которая может сохраняться в течение нескольких месяцев. Летний сезон в таких местах, как Долина Смерти в Калифорнии или пустыня Лут в Иране, представляет собой некоторые из самых жарких условий, найденных где-либо на Земле, с устойчивыми температурами, которые бросают вызов пределам человеческой выносливости.

Холодные пустыни на более высоких широтах или возвышенностях испытывают более выраженные сезонные колебания, с горько холодными зимами и относительно теплым летом. Например, в пустыне Гоби могут наблюдаться зимние температуры, опускающиеся до -40 ° C (-40° F), в то время как летние температуры могут достигать 40° C (104 ° F), что представляет собой годовой температурный диапазон 80° C (144 ° F) или более. Эти экстремальные сезонные колебания требуют замечательной адаптации от организмов, которые населяют эти среды круглый год.

Характеристики и характерные особенности осадков

Осадки в пустынных климатических условиях не только скудны, но и весьма изменчивы и непредсказуемы как в пространственном, так и в временном отношении. Это неравномерное количество осадков, пожалуй, является наиболее определяющей характеристикой погодных условий пустыни и создает уникальные проблемы для экосистем и человеческих сообществ в этих регионах.

Годовые показатели осадков

По определению, пустынные районы получают менее 250 миллиметров (10 дюймов) осадков в год, но многие пустыни получают гораздо меньше этого порога. Гипераридные пустыни, самая сухая категория пустынного климата, получают в среднем менее 25 миллиметров (1 дюйм) осадков в год. Пустыня Атакама в Чили, часто называемая самым сухим местом на Земле, имеет районы, где в течение десятилетий не было зарегистрировано осадков, а некоторые метеостанции имеют среднегодовые измерения осадков менее 1 миллиметра.

Даже в менее экстремальных засушливых регионах фактическое количество осадков может резко варьироваться из года в год. Местоположение пустыни может получать все среднегодовое количество осадков в одном штормовом событии, а затем испытывать несколько лет практически без осадков. Эта высокая межгодовая изменчивость затрудняет прогнозирование наличия воды и создает циклы бум-и-спад в пустынных экосистемах, где периоды относительного изобилия после редких осадков сопровождаются продолжительными засухами.

Характеристики событий осадков в пустыне

Когда осадки действительно происходят в пустынных регионах, они часто приходят в короткие, но интенсивные штормовые события, а не в виде мягких, продолжительных осадков. Эти конвективные штормы быстро развиваются, производят сильные ливни над локализованными районами и быстро рассеиваются. Интенсивность осадков в пустыне может быть замечательной, причем частота иногда превышает 25 миллиметров (1 дюйм) в час во время пика шторма.

Высокая интенсивность и короткая продолжительность осадков в пустыне имеют важные последствия для наличия воды и эрозии. Большая часть осадков, выпадающих во время этих интенсивных штормов, быстро улетучивается, а не проникает в почву, особенно учитывая часто компактную или корсистовидную природу пустынных почв и отсутствие растительности для замедления движения воды. Этот сток может создать драматические, но кратковременные потоки воды в обычно сухих каналах, явление, которое приводит к внезапному риску наводнения, обсуждаемому позже в этой статье.

Интересно, что не все осадки, выпадающие из облаков в пустынных районах, на самом деле достигают земли. Явление под названием вирга распространено в засушливом климате, где осадки выпадают из облаков, но испаряются в сухом воздухе до достижения поверхности. Наблюдатели могут видеть занавески дождя, спускающиеся из облаков, которые никогда фактически не доставляют влагу на землю ниже, поразительное визуальное напоминание о крайней засушливости атмосфер пустыни.

Сезонные модели осадков

В то время как пустыни характеризуются низким общим количеством осадков, многие пустынные регионы действительно испытывают некоторую сезонность в своих моделях осадков. Конкретная сезонная картина зависит от местоположения пустыни и погодных систем, которые влияют на нее. Некоторые пустыни получают большую часть своих ограниченных осадков в течение определенного сезона, в то время как другие могут иметь два отдельных дождливых периода или очень нерегулярные осадки без четкой сезонной картины.

На юго-западе США, например, пустыня Соноран испытывает бимодальный характер осадков с пиками осадков зимой и летом. Зимние осадки поступают из тихоокеанских штормовых систем, которые приносят относительно мягкие, широко распространенные осадки. Летние осадки происходят из североамериканского муссона, который приносит влагу из Калифорнийского залива и производит интенсивные, локализованные грозы. Этот бимодальный рисунок создает два различных вегетационных сезона для пустынных растений и влияет на сроки биологической активности во всей экосистеме.

Другие пустыни, такие как Сахара, могут получать случайные зимние осадки от средних широтных погодных систем в их северных частях, в то время как южные области могут видеть редкие летние осадки от тропических систем. Австралийские пустыни могут получать нерегулярные осадки от тропических циклонов, которые проникают внутрь страны, хотя такие события редки и непредсказуемы. Понимание этих сезонных моделей имеет решающее значение для управления водными ресурсами и сельскохозяйственного планирования в пустынных регионах.

Системы атмосферного давления и формирование пустынь

Существование и сохранение пустынного климата в основном связаны с крупномасштабными атмосферными циркуляционными моделями, особенно с наличием субтропических систем высокого давления.Понимание этих атмосферных динамик важно для понимания того, почему пустыни образуются там, где они образуются, и почему они сохраняют свои характерные погодные условия.

Субтропические пояса высокого давления

Многие из крупнейших горячих пустынь мира расположены в субтропических регионах, примерно между 20° и 30° широты в обоих полушариях. Это распределение не случайно, а является результатом глобальной циркуляции атмосферы, известной как клетка Хэдли. В этой системе циркуляции воздух поднимается вблизи экватора, движется по полюсу на большой высоте и опускается в субтропиках, создавая полупостоянные зоны высокого давления.

По мере опускания воздуха в этих субтропических системах высокого давления он подвергается адиабатическому сжатию, что заставляет его нагреваться. Это потепление увеличивает способность воздуха удерживать влагу, понижая относительную влажность и подавляя образование облаков. Понижающийся воздух также создает атмосферную стабильность, которая подавляет вертикальное движение и конвекцию, дополнительно предотвращая развитие облаков и осадки. Эти системы высокого давления могут сохраняться в течение недель или месяцев, поддерживая чистое небо и сухие условия на обширных территориях.

Пустыня Сахара, Аравийская пустыня, пустыня Калахари и австралийские пустыни обязаны своим существованием прежде всего этим субтропическим поясам высокого давления.Постоянство и прочность этих систем давления объясняют, почему эти регионы испытывают такую стойкую засушливость и почему они занимают место среди самых сухих мест на Земле. Сезонные сдвиги в положении этих зон высокого давления могут принести небольшие изменения в погодных условиях, но фундаментальный контроль, который они оказывают на климат пустыни, остается доминирующим в течение года.

Эффекты тени дождя

Другой важный механизм формирования пустыни включает топографические барьеры, создающие эффекты дождевой тени. Когда влагозагруженные воздушные массы сталкиваются с горными хребтами, они вынуждены подниматься. По мере того, как воздух поднимается, он адиабатически охлаждается, а его влага конденсируется и падает в виде осадков на наветренной стороне гор. К тому времени, когда воздух опускается на подветренной стороне, он теряет большую часть своей влаги и нагревается, когда он опускается, создавая сухие условия.

Несколько значительных пустынь обязаны своим существованием хотя бы частично эффектам дождевой тени.Патагонская пустыня в Аргентине лежит в дождевой тени Анд, которая блокирует влагу от Тихого океана.Великая бассейновая пустыня на западе США защищена от тихоокеанской влаги горными хребтами Сьерра-Невада и Каскад.Пустыня Гоби частично подвержена влиянию дождевой тени Гималаев, хотя её континентальное внутреннее расположение также способствует её засушливости.

Континентальные внутренние эффекты

Некоторые пустыни образуются в континентальных недрах, вдали от океанических источников влаги. По мере перемещения воздушных масс над сушей они постепенно теряют влагу за счет осадков, становясь все более сухими. К тому времени, когда эти воздушные массы достигают внутренних районов крупных континентов, они несут мало влаги и вряд ли будут производить значительные осадки. Пустыня Гоби и пустыни Центральной Азии иллюстрируют этот континентальный внутренний эффект, где расстояние от океанов сочетается с другими факторами для создания засушливых условий.

Влияние погодных систем на климат пустынь

В то время как системы высокого давления и атмосферная стабильность доминируют в пустынных погодных условиях большую часть времени, различные погодные системы могут иногда влиять на эти регионы, внося временные изменения в условия и иногда доставляя столь необходимые осадки.

Холодные фронты и среднеширотные циклоны

В зимние месяцы холодные фронты, связанные с циклонами средней широты, могут иногда проникать в пустынные районы, особенно в более высоких широтах или в субтропических районах.Эти фронтальные системы приносят более прохладные температуры, повышенную облачность и возможность осадков.В жарких пустынях прибытие холодного фронта может обеспечить долгожданное облегчение от экстремальной жары и может обеспечить нежные, широко распространенные осадки, которые полезны для растительности и подзарядки грунтовых вод.

Частота и интенсивность холодных передних проходов значительно различаются в разных пустынных регионах.Пустыни на юго-западе США, в северной Африке и в некоторых частях Австралии могут испытывать несколько холодных передних проходов в течение их соответствующих зимних сезонов.Эти события часто являются основным источником ежегодных осадков в таких регионах, что делает их критически важными для водных ресурсов и экосистемной функции.

Монсунские системы

Муссонные погодные системы представляют собой сезонные развороты в ветровых моделях, которые могут привести к резкому увеличению влажности и осадков в некоторых пустынных регионах. Североамериканский муссон влияет на юго-запад Соединенных Штатов и северо-западную Мексику, как правило, с июля по сентябрь. В этот период сдвиг в атмосферных моделях циркуляции привлекает влагу из Калифорнийского залива и Мексиканского залива, что приводит к повышению влажности и частым послеобеденным грозам.

Североамериканский муссон может доставлять от 30 до 50 процентов годовых осадков в пострадавших районах пустыни, что делает его важным компонентом регионального водного цикла. Муссонные штормы обычно конвективны по своей природе, производя интенсивные, но локализованные осадки, драматические молнии и иногда суровые погодные условия, включая сильные ветры и град. Хотя эти штормы обеспечивают важную влагу, их интенсивность также может создавать такие опасности, как внезапные наводнения.

Другие пустынные регионы испытывают аналогичные муссонный влияния. Части пустыни Сахара, особенно Сахельская область вдоль ее южной окраины, получают летние осадки от западноафриканского муссона. Пустыня Тар в Индии и Пакистане находится под влиянием индийской системы муссона, хотя она получает меньше осадков, чем регионы дальше на восток. Эти муссонные системы создают различные влажные и сухие сезоны, которые структурируют экологическую и сельскохозяйственную деятельность в пострадавших пустынных регионах.

Тропические циклоны и остаточные системы

Иногда тропические циклоны или их остатки могут принести необычные погодные условия в пустынные регионы. В то время как большинство пустынь не подвержены непосредственному воздействию тропических циклонов из-за их типичных мест вдали от тропических океанов, некоторые пустынные районы могут испытывать воздействия этих мощных штормов. Пустыня Соноран и другие юго-западные пустыни США иногда получают влагу от восточных тихоокеанских ураганов, которые следуют на север или от остатков тропических систем Мексиканского залива.

Когда тропическая влажность достигает пустынных регионов, она может производить исключительные общие количества осадков, которые намного превышают нормальные количества осадков. Эти редкие события могут обеспечить типичные осадки в течение нескольких месяцев всего за несколько дней, что приводит к драматическим, но временным преобразованиям пустынного ландшафта. В то время как такие осадки могут быть полезны для подзарядки грунтовых вод и продуктивности экосистемы, интенсивность и объем осадков часто превышают способность ландшафта поглощать воду, что приводит к сильному наводнению.

Ветровые модели и атмосферная циркуляция

Ветер является заметной и влиятельной особенностью погодных условий пустыни, формируемой как крупномасштабной атмосферной циркуляцией, так и локальными топографическими эффектами.Понимание моделей ветра в пустыне важно для понимания переноса пыли, скорости испарения и общего характера пустынного климата.

Преобладающие ветровые шаблоны

Пустынные районы часто характеризуются устойчивыми ветрами, которые отражают их положение в глобальных системах атмосферной циркуляции. Субтропические пустыни обычно испытывают торговые ветры или субтропические циркуляционные модели высокого давления, которые производят относительно последовательные направления ветра. Эти преобладающие ветры влияют на образование песчаных дюн, перенос пыли и распределение того, что мало влаги доступно в атмосфере.

Сила и последовательность пустынных ветров варьируются сезонно и суточно. Многие пустынные регионы испытывают более сильные ветры в течение дневных часов, когда поверхностное нагревание создает нестабильность и смешивание в нижней атмосфере. Сезонные изменения в ветровых моделях могут быть выражены, причем некоторые пустыни испытывают явно разные ветровые режимы между летними и зимними месяцами, поскольку крупномасштабные модели давления меняются с сезонами.

Местные явления ветра

Помимо преобладающих ветров, в пустынных районах наблюдаются различные местные явления ветра, обусловленные топографией и дифференциальным нагревом. В пустынных районах со значительным рельефом рельефа развиваются ветровые системы горных долин, днем поднимаются вверх склоны, а ночью поднимаются ветры, когда охлажденный воздух стекает в долины. Эти местные схемы циркуляции могут влиять на распределение температуры и создавать микроклиматы в пустынных ландшафтах.

Некоторые пустынные регионы известны специфическими названными явлениями ветра. Ветры Санта-Ана в Южной Калифорнии — это горячие, сухие ветры, которые спускаются из внутренних пустынь к побережью, принося чрезвычайно низкую влажность и повышенную пожарную опасность. Шамальские ветры на Аравийском полуострове — это постоянные северо-западные ветры, которые могут дуть в течение нескольких дней, создавая пыльные бури и влияя на погодные условия по всему региону. Харматтан в Западной Африке — сухой, пыльный торговый ветер, который дует из Сахары, значительно влияя на погоду и качество воздуха в регионе Сахель.

Влажность и испарение в пустынном климате

Низкая влажность является определяющей характеристикой пустынного климата и оказывает глубокое влияние как на погодные условия, так и на опыт жизни в этих средах.Взаимосвязь между влажностью, испарением и доступностью воды является центральной для понимания динамики климата пустыни.

Относительные модели влажности

В пустынных районах, как правило, наблюдается очень низкая относительная влажность в дневное время, часто опускаясь ниже 20 процентов, а иногда достигая однозначных цифр в самые жаркие и сухие периоды. Эта низкая влажность является результатом сочетания высоких температур, которые увеличивают способность атмосферы удерживать влагу, и фактической нехватки водяного пара в воздухе. Сухой воздух способствует быстрому испарению любой доступной влаги и усиливает физиологическое напряжение тепла на живых организмах.

Интересно, что относительная влажность в пустынях часто значительно возрастает ночью по мере падения температуры, хотя фактическое количество водяного пара в воздухе остается относительно постоянным. Ночная относительная влажность в пустынях может повышаться до 40-60% или выше, а в некоторых случаях это может привести к образованию росы на поверхностях, которые охладились из-за радиационной потери тепла. Эта роса может быть важным источником влаги для некоторых пустынных организмов, особенно насекомых и небольших растений.

Коэффициенты испарения

Потенциальные показатели испарения в пустынном климате являются одними из самых высоких, встречающихся в любой точке Земли, часто превышающими 2000 миллиметров (79 дюймов) в год, а иногда достигающими 3000 миллиметров (118 дюймов) или более. Эти показатели намного превышают фактические осадки, создавая фундаментальный дефицит влаги, который характеризует пустынный климат. Высокий потенциал испарения является результатом сочетания интенсивного солнечного излучения, высоких температур, низкой влажности и часто стойких ветров - все факторы, которые способствуют превращению жидкой воды в водяной пар.

Крайние показатели испарения имеют важные последствия для управления водными ресурсами в пустынных районах. Открытые водоемы быстро теряют воду в результате испарения, что делает хранение воды сложным и дорогостоящим. Сельскохозяйственное орошение в пустынях должно учитывать высокие потери испарения, требуя больше воды, чем было бы необходимо в более влажных климатических условиях. Даже влажность почвы быстро испаряется, ограничивая продолжительность выгод от осадков и делая сельское хозяйство на суше чрезвычайно трудным без орошения.

Облако и солнечное излучение

Характерное ясное небо пустынных регионов оказывает глубокое влияние как на поступающее солнечное излучение, так и на исходящее земное излучение, влияя на температурные режимы, энергетический баланс и общую климатическую систему.

Климатические условия неба

В пустынных районах наблюдается больше дней ясного неба, чем практически в любом другом климатическом типе, причем некоторые места пустыни регистрируют более 300 солнечных дней в году. Устойчивые системы высокого давления, которые создают пустынный климат, подавляют образование облаков через проседание и атмосферную стабильность. Когда облака действительно образуются, они часто представляют собой высотные перистые облака, которые оказывают минимальное влияние на передачу солнечного излучения, или они являются недолговечными конвективными облаками, которые быстро рассеиваются.

Отсутствие облачного покрова означает, что пустынные регионы получают исключительно большое количество солнечной радиации на поверхности. Этот интенсивный солнечный вход приводит к экстремальному дневному нагреву, характерному для пустынь, и делает эти регионы привлекательными для развития солнечной энергии. Многие из крупнейших в мире солнечных энергетических установок расположены в пустынных регионах, используя преимущества надежного солнечного света и высокого уровня солнечной радиации.

Радиационный баланс

Чистое небо, которое позволяет интенсивно нагревать солнце в течение дня, также позволяет эффективно радиационное охлаждение ночью. Без облаков, отражающих длинноволновое излучение обратно на поверхность, и с минимальным количеством водяного пара, поглощающего исходящее излучение, пустынные поверхности быстро теряют тепло после захода солнца. Это эффективное радиационное охлаждение является основным механизмом экстремальных суточных колебаний температуры, обсуждавшихся ранее.

Годовой радиационный баланс в пустынных районах показывает чистый избыток поступающей солнечной радиации над исходящей земной радиацией, которая приводит к высоким температурам, характерным для жарких пустынь, однако эффективность ночного радиационного охлаждения предотвращает еще большее накопление тепла и способствует экстремальным температурам, которые делают пустынный климат таким отличительным.

Пылевые бури и качество воздуха

Пылевые бури являются одними из самых драматических и впечатляющих погодных явлений в пустынных регионах, влияющих на видимость, качество воздуха, здоровье человека и даже климатические системы далеко за пределами самих пустынь.

Формирование и характеристики

Пылевые бури развиваются, когда сильные ветры поднимают мелкие частицы с сухих, открытых поверхностей почвы и транспортируют их через атмосферу. Отсутствие растительности в пустынных регионах означает, что вблизи поверхности мало что закрепляет частицы почвы или медленные скорости ветра, что делает пустыни особенно восприимчивыми к мобилизации пыли. Пылевые бури могут варьироваться от локализованных событий, затрагивающих небольшие районы, до массивных систем, которые транспортируют пыль через континенты и океаны.

Интенсивность пыльных бурь значительно варьируется. Незначительные пыльные события могут уменьшить видимость до нескольких километров и создать туманные условия. Крупные пыльные бури, иногда называемые «хабубами», когда они связаны с оттоком грозы, могут уменьшить видимость почти до нуля и создать стены из пыли высотой в тысячи футов, которые продвигаются по ландшафту. Эти интенсивные события могут остановить транспорт, повредить инфраструктуру и создать опасные условия для любого, кто пойман на открытом воздухе.

Сезонные и метеорологические модели

Частота и интенсивность пыльных бурь часто показывают различные сезонные закономерности, связанные с осадками, растительным покровом и ветрами. Во многих пустынных регионах пылевые бури наиболее распространены в засушливые сезоны, когда влажность почвы минимальна, а растительный покров редок. Переходные периоды между влажным и сухим сезонами могут быть особенно склонны к пыльным явлениям, поскольку растительность отмирает, но почвы еще не стабилизировались новым ростом.

Определенные метеорологические условия благоприятствуют развитию пыльных бурь. Сильные холодные фронты могут генерировать высокие скорости ветра, необходимые для мобилизации пыли. Отток грозы создает интенсивные, локализованные ветры, которые могут производить драматические пыльные бури габобов. Стойкие сильные ветры, связанные с градиентными силами давления, могут поддерживать перенос пыли в течение длительных периодов. Понимание этих метеорологических триггеров важно для прогнозирования событий пыли и выдачи соответствующих предупреждений.

Влияние на качество воздуха и здоровье

Пылевые бури значительно ухудшают качество воздуха за счет увеличения концентрации твердых частиц в атмосфере. Мелкие частицы пыли, особенно те, которые меньше 10 микрометров в диаметре, могут проникать глубоко в дыхательную систему и представлять опасность для здоровья, особенно для лиц с ранее существовавшими респираторными или сердечно-сосудистыми заболеваниями. Длительное воздействие пыли может усугубить астму, увеличить риск респираторных инфекций и способствовать различным другим проблемам со здоровьем.

Помимо непосредственного воздействия на здоровье, пыльные бури могут транспортировать различные материалы, включая бактерии, грибки, пестициды и другие загрязняющие вещества на большие расстояния. Например, пыль Сахары регулярно пересекает Атлантический океан и влияет на качество воздуха в Карибском бассейне и юго-восточной части Соединенных Штатов. Азиатская пыль из Гоби и других пустынь может достичь Северной Америки после пересечения Тихого океана. Эти события переноса пыли на большие расстояния имеют последствия для качества воздуха, цикличности питательных веществ в экосистеме и даже климата благодаря их воздействию на радиацию и образование облаков.

Тепловые волны и экстремальные температурные события

В то время как высокие температуры являются нормальными в пустынном климате, особенно в жарких пустынях, экстремальные волны тепла представляют собой периоды, когда температура превышает даже типично высокие значения, создавая опасные условия и проверяя пределы человеческой и экологической терпимости.

Определить пустынные тепловые волны

В условиях пустыни тепловые волны обычно определяются как длительные периоды исключительно высоких температур, которые превышают местные климатические пороги. То, что составляет тепловую волну, варьируется в зависимости от местоположения, поскольку пустынные сообщества и экосистемы адаптированы к высоким базовым температурам. Тепловая волна в горячей пустыне может включать несколько последовательных дней с максимальными температурами, превышающими 45 ° C (113 ° F) или минимальными температурами, остающимися выше 30 ° C (86 ° F), предотвращая ночное охлаждение.

Некоторые из самых высоких температур, когда-либо достоверно зарегистрированных на Земле, произошли во время волн тепла пустыни. Долина Смерти, Калифорния, держит мировой рекорд по самой высокой достоверно зарегистрированной температуре воздуха при 54,4 ° C (129,9 ° F), измеренной в июле 2021 года. В других местах пустыни были зарегистрированы температуры, приближающиеся или превышающие 50° C (122 ° F) во время экстремальных тепловых явлений, представляя условия на краю выживаемости человека без искусственного охлаждения.

Метеорологические причины

Пустынные тепловые волны обычно являются результатом интенсификации или сохранения тех же атмосферных условий, которые создают пустынный климат в первую очередь. Укрепление систем высокого давления может привести к усилению оседания, повышению атмосферной стабильности и даже более ясному небу, чем обычно. Нагрев сжатия, связанный с сильным оседанием, может повысить температуру по всей атмосферной колонне, способствуя экстремальному нагреву поверхности.

Блокирующие структуры в верхних слоях атмосферы могут заставить системы высокого давления задерживаться в пустынных районах в течение длительных периодов времени, позволяя теплу накапливаться день за днем без облегчения от более холодных воздушных масс. Отсутствие осадков и влажности почвы во время этих событий означает, что нет испарительного охлаждения до умеренных температур, и вся доступная солнечная энергия уходит на нагревание поверхности и атмосферы.

Воздействие и опасности

Экстремальная жара представляет серьезную опасность для здоровья человека, инфраструктуры и экосистем. Болезни, связанные с жарой, включая тепловое истощение и тепловой удар, становятся серьезной проблемой во время тепловых волн, особенно для уязвимых групп населения, таких как пожилые люди, маленькие дети и те, у кого уже есть проблемы со здоровьем. Наружные работники и те, у кого нет доступа к кондиционеру, сталкиваются с повышенными рисками во время экстремальных тепловых явлений.

Системы инфраструктуры могут подвергаться стрессу или повреждению в результате экстремальной жары. Дороги и взлетно-посадочные полосы могут смягчаться или смягчаться, электрические системы могут быть перегружены требованиями к охлаждению, а системы водоснабжения могут испытывать трудности с удовлетворением повышенного спроса. Даже адаптированные к пустыне экосистемы могут страдать во время экстремальных волн тепла, с растительным стрессом, смертностью от дикой природы и нарушением экологических процессов. Сочетание экстремальной жары и засухи также может повысить риск лесных пожаров в пустынных регионах, которые поддерживают горючую растительность.

Вспышки наводнений и гидрологических экстремумов

Несмотря на засушливость, пустынные районы парадоксальным образом подвержены наводнениям, особенно внезапным наводнениям, которые быстро развиваются в ответ на интенсивные осадки. Эта опасность представляет собой один из наиболее опасных связанных с погодой рисков в пустынных условиях.

Механизмы развития флеш-наводнений

Вспышки наводнений в пустынях развиваются, когда интенсивные осадки превышают способность ландшафта поглощать и передавать воду. Несколько факторов, уникальных для пустынных сред, способствуют восприимчивости к внезапным наводнениям. Пустынные почвы часто уплотняются, корчатся или имеют низкое содержание органических веществ, все из которых снижают скорость инфильтрации. Разреженная растительность обеспечивает небольшую устойчивость к сухопутному потоку и минимальному перехвату осадков. Часто глубокая топография в пустынных регионах способствует быстрой концентрации стока.

При интенсивном развитии грозы над пустынной местностью, частота осадков может превышать 25-50 миллиметров (1-2 дюйма) в час или более. При минимальном проникновении большая часть этой воды становится поверхностным стоком, который быстро концентрируется в дренажных каналах. Сухие омовения и арройосы, которые, возможно, не текли в течение нескольких месяцев или лет, могут превратиться в бушующие потоки в течение нескольких минут, застигая неосторожных путешественников врасплох. Скорость развития внезапных наводнений - часто менее часа от начала осадков до пикового наводнения - оставляет мало времени для предупреждения или эвакуации.

Пространственные модели и зоны риска

Риск внезапного наводнения в пустынях сильно варьируется в пространстве, при этом некоторые особенности ландшафта и места особенно уязвимы. Узкие каньоны и ущелья могут испытывать особенно опасные наводнения, поскольку водные воронки через ограниченные пространства создают высокоскоростные потоки с огромной разрушительной силой. Низколежащие районы, дорожные переходы омов и места вниз по течению крупных дренажных бассейнов сталкиваются с повышенным риском наводнения.

Особенно опасным аспектом внезапных наводнений в пустыне является то, что наводнения могут происходить в местах, далеких от того, где падает дождь. Грозы могут развиваться над нагорными районами, в то время как более низкие высоты остаются сухими и солнечными. Сток от штормов концентрируется по мере его течения вниз по течению, создавая наводнения, которые прибывают с небольшим предупреждением в районах, где наблюдатели могут даже не осознавать, что идет дождь. Это явление привело к многочисленным смертельным случаям среди туристов, туристов и автомобилистов, которые были пойманы во внезапных наводнениях под ясным небом.

Последствия и соображения безопасности

Флэш-наводнения являются основной причиной связанных с погодой смертельных случаев во многих пустынных регионах. Сочетание быстрого наступления, высокой скорости воды и обломков создает чрезвычайно опасные условия. Транспортные средства могут быть сметены всего лишь 60 сантиметрами (2 футами) проточной воды, а люди могут быть сбиты с ног гораздо более мелкими потоками. Турбулентная, заполненная обломками природа флеш-наводнений затрудняет выживание для любого, кто попал в поток.

Помимо непосредственной опасности для безопасности, внезапные наводнения могут привести к значительному повреждению имущества и разрушению инфраструктуры. Дороги, мосты и коммунальные услуги могут быть повреждены или разрушены. Осадочные осадки могут похоронить структуры и сельскохозяйственные угодья. Эрозия может подорвать фундаменты и изменить структуру дренажа. Экономические затраты на внезапные наводнения в пустынных регионах могут быть значительными, несмотря на нечастоту событий. Понимание риска внезапных наводнений и соблюдение предупреждений имеют важное значение для безопасности в пустынных условиях, и общие советы «обращаться, не утонуть» при столкновении с затопленными дорогами особенно важны в этих регионах.

Грозы и суровая погода

Хотя это менее распространено, чем в более влажных климатических условиях, грозы действительно происходят в пустынных районах и могут вызывать суровую погоду, включая сильные молнии, сильные ветры, град и иногда торнадо.

Характеристики Desert Thunderstorm

Грозы в пустынных средах часто имеют отличительные характеристики по сравнению с таковыми во влажных районах. Сухой воздух в нижних слоях атмосферы означает, что штормы должны преодолеть значительное конвективное торможение, прежде чем они могут развиться. Однако, как только штормы образуются, они могут быть довольно интенсивными из-за крутых скоростей провалов и сильной нестабильности в средней и верхней атмосфере. Высокие облачные основания, типичные для пустынных гроз, означают, что осадки падают через глубокий слой сухого воздуха, что приводит к значительному испарению и испарительному охлаждению.

Это испарительное охлаждение создает сильные нисходящие потоки, которые могут вызывать разрушительные прямолинейные ветры, когда они достигают поверхности. Эти нисходящие и микровсплески могут генерировать порывы ветра, превышающие 100 километров в час (60 миль в час), способные повреждать структуры, сбивать деревья и линии электропередач и создавать опасные пыльные бури. Сочетание сильных ветров и рыхлой, сухой почвы делает пустынные грозы особенно эффективными при генерации пыли, что приводит к драматическим явлениям габооб, упомянутым ранее.

Активность молнии

Пустынные грозы могут производить плодовитую молнию, а в некоторых пустынных районах во время штормовых сезонов наблюдаются высокие плотности вспышки молнии. Сухая молния, возникающая при испарении осадков до достижения земли, особенно опасна для возгорания лесных пожаров в пустынных районах с достаточной растительностью для тушения пожара. Молния также представляет прямую опасность для людей и сооружений, а открытая местность, типичная для многих пустынных районов, обеспечивает небольшую естественную защиту от ударов молнии.

Эффектная природа молний в пустынных районах, с ясным воздухом, позволяющим видеть удары с больших расстояний и драматические болты от облака до земли, освещающие суровые пейзажи, делает пустынные грозы визуально впечатляющими, но красота этих показов не должна затмевать реальные опасности, которые они представляют, и должны быть приняты соответствующие меры предосторожности, когда грозы угрожают.

Морозные и холодные погодные явления

В то время как пустыни часто ассоциируются с жарой, холодная погода и морозы являются важными компонентами климата пустыни, особенно в холодных пустынях и на более высоких высотах, но также встречаются в жарких пустынях в зимние месяцы.

Формирование и частота мороза

Те же ясное небо и низкая влажность, которые позволяют экстремальное дневное отопление в пустынях, также позволяют эффективное радиационное охлаждение ночью, что может привести к образованию мороза даже в регионах, которые испытывают высокие дневные температуры. Многие горячие места пустыни испытывают случайные морозы в зимние месяцы, с температурами, опускающимися ниже 0°C (32 °F) в ясные, спокойные ночи. Холодные пустыни испытывают частые и сильные морозы в течение их зимних сезонов, с температурами, остающимися ниже замерзания в течение длительных периодов.

Мороз может оказывать значительное воздействие на пустынную растительность, особенно на растения, которые не хорошо приспособлены к температурам замерзания. Важное значение имеет время заморозков относительно стадий роста растений, при этом поздние весенние заморозки потенциально наносят ущерб новому росту и ранние осенние заморозки заканчивают вегетационный период. Сельскохозяйственные операции в пустынных регионах должны учитывать риск заморозков при планировании графиков посадки и сбора урожая.

Холодный воздух и температурные инверсии

Топографические особенности в пустынных районах могут создавать характерные холодные погодные условия через холодный дренаж воздуха и температурное инверсионное образование.В ясные, спокойные ночи радиационно охлажденный воздух вблизи поверхности становится плотнее и течет вниз по склону, накапливаясь в долинах и бассейнах.Это холодное воздушное объединение может создавать температурные инверсии, где дно долины значительно холоднее, чем окружающие склоны, и мороз может возникать в низменных районах, в то время как более высокие высоты остаются выше замерзания.

Эти температурные инверсии могут сохраняться в течение продолжительных периодов в течение зимних месяцев в некоторых пустынных бассейнах, захватывая холодный воздух и загрязняющие вещества вблизи поверхности. Инверсии также могут создавать резкие температурные градиенты на коротких расстояниях с различиями 10 ° C (18 ° F) или более между полами долины и близлежащими склонами. Понимание этих местных температурных моделей важно для сельского хозяйства, защиты от мороза и управления качеством воздуха в пустынных регионах.

Изменение климата и долгосрочные модели

Погодные условия пустыни демонстрируют значительную изменчивость в нескольких временных масштабах, от ежедневных и сезонных колебаний до межгодовых и десятилетних колебаний, вызванных крупномасштабными климатическими колебаниями.

Эль-Ниньо-Южное колебание

Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) является основным фактором межгодовой изменчивости климата, которая значительно влияет на погодные условия во многих пустынных регионах. Во время Эль-Ниньо, когда температура поверхности моря в восточной тропической части Тихого океана теплее, чем обычно, штормовые трассы и модели осадков меняются таким образом, что могут привести к увеличению количества осадков в некоторых пустынях. Например, юго-западные Соединенные Штаты часто испытывают более влажные, чем обычно, зимы во время Эль-Ниньо, с более частыми и интенсивными штормами, приносящими полезные осадки.

И наоборот, события Ла-Нинья, характеризующиеся более прохладными, чем обычно, температурами поверхности восточной тропической части Тихого океана, часто приводят к более сухим условиям в некоторых пустынных регионах, одновременно увеличивая количество осадков в других.Особые последствия ENSO варьируются в зависимости от местоположения пустыни и сезона, но понимание состояния и прогнозов ENSO может предоставить ценную информацию для планирования водных ресурсов, сельского хозяйства и готовности к опасности в пустынных регионах.

Другие климатические колебания

Помимо ENSO, другие климатические колебания влияют на погодные условия пустыни в различных временных масштабах. Тихоокеанское десятилетнее колебание (PDO) модулирует климатические условия в бассейне Тихого океана на многодекадных временных масштабах и может влиять на модели осадков в североамериканских пустынях. Североатлантическое колебание (NAO) влияет на погодные условия в Северной Африке и на Ближнем Востоке. Диполь Индийского океана влияет на климат в африканских и австралийских пустынях. Эти колебания могут взаимодействовать друг с другом и с ENSO для создания сложных моделей изменчивости климата, которые влияют на пустынные регионы.

Изменение климата влияет на погодные условия пустыни

Изменение климата изменяет погодные условия в пустыне различными способами, что сказывается на экстремальных температурах, характере осадков, а также частоте и интенсивности связанных с погодой опасностей. Понимание этих изменений имеет решающее значение для планирования адаптации и управления ресурсами в пустынных регионах.

Температурные тренды

В пустынных районах наблюдаются тенденции потепления, согласующиеся с глобальным изменением климата, причем некоторые данные свидетельствуют о том, что засушливые регионы могут нагреваться быстрее, чем в среднем по миру. Во многих пустынных районах наблюдалось повышение как дневных максимальных, так и ночных минимальных температур, причем ночное потепление часто бывает более выраженным. Это потепление усиливает тепловой стресс, увеличивает скорость испарения и влияет на сроки и продолжительность периодов без заморозков.

Частота, интенсивность и продолжительность тепловых волн в пустынных районах, по-видимому, увеличиваются, создавая более экстремальные условия и более серьезные проблемы для здоровья человека, инфраструктуры и экосистем.Рекордные температуры наблюдаются с увеличением частоты во многих местах пустыни, раздвигая границы теплотерпимости и требуя более интенсивных мер по адаптации.

Изменения осадков

Воздействие изменения климата на осадки в пустыне является сложным и зависит от региона. Некоторые модели климата предполагают, что субтропические пустыни могут расширяться в сторону полюса по мере изменения моделей циркуляции атмосферы, что потенциально может привести к более сухим условиям в регионах на окраинах нынешних пустынных районов. Также ожидается изменение интенсивности и частоты осадков, при этом некоторые прогнозы предполагают, что осадки могут стать более концентрированными в интенсивных событиях, разделенных более длительными сухими периодами, даже если общее годовое количество осадков мало меняется.

Эти изменения в характере осадков могут повлиять на риск внезапных наводнений, подпитку подземных вод, динамику растительности и наличие водных ресурсов. Сочетание более высоких температур и измененных моделей осадков может усилить условия засухи в некоторых пустынных регионах, создавая проблемы для управления водными ресурсами и сохранения экосистем. Мониторинг этих тенденций и разработка адаптивных стратегий являются важными приоритетами для общин пустынь и руководителей ресурсов.

Адаптация к погодным моделям пустыни

Как природные системы, так и человеческие общества разработали замечательные приспособления, чтобы справиться с экстремальными и переменными погодными условиями, характерными для пустынного климата.

Биологические адаптации

Пустынные организмы выработали разнообразные стратегии выживания при экстремальных температурах, нехватке воды и непредсказуемых осадках. Растения используют такие механизмы, как глубокие корневые системы для доступа к грунтовым водам, хранение воды в сочных тканях, уменьшение площади поверхности листьев для минимизации потери воды и спячка в неблагоприятные периоды. Некоторые пустынные растения эфемерны, быстро завершая весь свой жизненный цикл после редких осадков, а затем сохраняясь в виде семян в сухие периоды.

Пустынные животные используют поведенческие и физиологические приспособления, чтобы справиться с экстремальными условиями. Многие ведут ночной образ жизни, избегая дневного тепла, оставаясь в норах или тени. Некоторые могут получать всю необходимую воду из своей пищи, никогда не нуждаясь в питье. Другие могут переносить значительное обезвоживание или имеют высокоэффективные почки, которые минимизируют потерю воды. Миграция и эстивация (летнее спячка) позволяют некоторым видам полностью избегать самых экстремальных условий.

Адаптация человека и технологии

Человеческие общества в пустынных регионах разработали сложные адаптации, чтобы справиться с сложными погодными условиями. Традиционная архитектура включает в себя такие функции, как толстые стены для тепловой массы, небольшие окна, чтобы минимизировать тепловой прирост, ветряные башни для естественной вентиляции и дворы, которые обеспечивают затененные открытые пространства. Ориентация здания, светлые поверхности и стратегическое использование растительности для тени помогают умеренным температурам в помещении без механического охлаждения.

Современные технологии расширили спектр вариантов адаптации. Кондиционирование воздуха позволяет комфортно жить в помещении даже в период экстремальной жары, хотя и при значительных затратах энергии. Передовые системы орошения и засухоустойчивый ландшафтный дизайн снижают потребление воды. Системы прогнозирования погоды и предупреждения помогают сообществам готовиться к опасным событиям, таким как внезапные наводнения, пыльные бури и экстремальная жара. Солнечные энергетические системы используют обильное солнечное излучение для выработки чистой энергии. Эти технологии в сочетании с традиционными знаниями и практикой позволяют человеческим сообществам процветать в пустынных условиях, несмотря на сложные погодные условия.

Прогноз погоды в пустыне

Прогнозирование погоды в пустынных регионах представляет собой уникальные проблемы и возможности, связанные с отличительными характеристиками пустынного климата.

Прогнозирование вызовов

Скудная наблюдательная сеть во многих пустынных регионах ограничивает данные, доступные для анализа и прогнозирования погоды. Быстрое развитие и локализованный характер гроз в пустыне затрудняет прогнозирование того, где и когда будут происходить штормы. Сложные взаимодействия между топографией, поверхностными характеристиками и атмосферными условиями создают микроклиматы, которые сложно захватить в моделях прогнозирования. Прогнозирование флеш-наводнений особенно затруднено из-за быстрого реагирования на водоразделы пустыни и необходимости точно прогнозировать как местоположение шторма, так и интенсивность осадков.

Инструменты прогнозирования и методы

Несмотря на эти проблемы, прогноз погоды в пустынных регионах значительно улучшился благодаря достижениям в области спутниковых наблюдений, численных моделей прогнозирования погоды и радиолокационной технологии. Спутниковые снимки обеспечивают всеобъемлющий охват облачных моделей и развития штормов даже в отдаленных пустынных районах. Модели прогнозов высокого разрешения могут лучше представлять топографические особенности и поверхностные характеристики, важные для погоды в пустыне. Доплеровские радиолокационные системы обнаруживают осадки и ветровые модели, связанные с грозами, что позволяет предупреждать о внезапных наводнениях, сильных ветрах и пыльных бурях.

Специализированные продукты прогнозирования для пустынных регионов включают в себя рекомендации по теплу и чрезмерные предупреждения о тепле, часы и предупреждения о внезапных наводнениях, предупреждения о пыльных бурях и прогнозы погоды при пожарах. Эти продукты помогают сообществам и отдельным лицам готовиться и реагировать на погодные опасности, снижая риски и воздействия. Продолжение улучшений в наблюдательных сетях, моделях прогнозирования и системах предупреждения обещают дальнейшее улучшение возможностей прогнозирования погоды в пустынных регионах.

Заключение

Погодные условия пустыни представляют собой некоторые из самых экстремальных и переменных условий, встречающихся в любой точке Земли, характеризующиеся интенсивной солнечной радиацией, резкими колебаниями температуры, скудными и непредсказуемыми осадками и характерными явлениями, такими как пыльные бури и внезапные наводнения. Эти закономерности являются результатом крупномасштабных особенностей атмосферной циркуляции, особенно субтропических систем высокого давления, а также топографических эффектов и континентальных внутренних мест, которые ограничивают доступность влаги.

Понимание погодных условий пустыни имеет важное значение для миллионов людей, которые живут или посещают пустынные регионы, для управления водными ресурсами и сельскохозяйственными системами, для защиты инфраструктуры и имущества, а также для сохранения уникальных экосистем пустыни. экстремальных условий и быстрых изменений погоды, характерных для пустынь, создают как проблемы, так и возможности, требующие адаптации в архитектуре, технологии и образ жизни, а также предлагают такие ресурсы, как обильная солнечная энергия и уникальные рекреационные и научные возможности.

Поскольку изменение климата продолжает изменять погодные условия во всем мире, пустынные регионы сталкиваются с особыми проблемами, включая усиление экстремальных температур, изменение моделей осадков и потенциальное расширение границ пустыни. Мониторинг этих изменений, улучшение нашего понимания климатических систем пустыни и разработка эффективных стратегий адаптации будут иметь решающее значение для устойчивости пустынных сообществ и экосистем в ближайшие десятилетия. Замечательные адаптации, которые эволюционировали для того, чтобы справиться с условиями пустыни, обеспечивают вдохновение и уроки для человеческих обществ, стремящихся процветать в этих сложных, но увлекательных условиях.

Для тех, кто заинтересован в получении дополнительной информации о климате пустыни и погодных условиях, такие ресурсы, как Национальное управление океанических и атмосферных исследований, предоставляют обширные климатические данные и учебные материалы, в то время как такие организации, как Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде, предлагают информацию об экосистемах пустыни и их сохранении. Независимо от того, являетесь ли вы жителем пустынного региона, посетителем, планирующим исследовать эти уникальные ландшафты, или просто кем-то, кто очарован разнообразием климата Земли, понимание погодных условий пустыни обогащает вашу оценку этих замечательных сред и сил, которые их формируют.