Введение: Роль топографии в формировании пустыни

Пустыни мира’ не случайным образом разбросаны по всему земному шару. На их расположение, климат и экологические характеристики сильно влияет сочетание глобальной атмосферной циркуляции, океанских течений и, что критически важно, физической географии поверхности суши. Топография, расположение естественных и искусственных физических особенностей местности, взаимодействует с погодными системами для создания чрезвычайной засушливости, температурных колебаний и уникальных погодных условий, которые определяют пустыни. От теневых бассейнов американского юго-запада до высокогорных плато Центральной Азии понимание топографии является ключом к пониманию того, почему пустыни существуют там, где они есть, и почему они демонстрируют такие разнообразные климатические модели.

В то время как крупномасштабные факторы, такие как субтропические пояса высокого давления (например, при 30°N и S широте) создают зоны нисходящего сухого воздуха, местные и региональные топографические особенности могут либо усиливать, либо смягчать засушливость. Возвышение, ориентация горных хребтов, глубина долин и наличие прибрежных откосов все контролируют, сколько осадков падает, как воздушные массы движутся и как экстремальные температуры могут стать. В этой статье исследуются первичные топографические механизмы, которые влияют на климат пустыни и приводятся подробные примеры из засушливых регионов во всем мире.

Влияние повышения на климат пустыни

Повышенность является одним из наиболее непосредственных топографических факторов, влияющих на климат пустыни. По мере увеличения высоты температура воздуха в целом снижается со средней скоростью около 6,5 °C на 1000 метров (скорость выпадения окружающей среды). Этот охлаждающий эффект влияет как на потенциал осадков, так и на тепловые характеристики пустыни.

Высоковысотные холодные пустыни

Во многих регионах с высоким уровнем подъёма холод подавляет доступность влаги, даже если происходят некоторые орографические осадки. Результатом является “холодная пустыня ” где годовые осадки очень низкие, но температуры остаются прохладными или даже замерзают в течение большей части года. Ярким примером является пустыня Гоби в Центральной Азии, которая в среднем составляет 1200-1500 метров в высоту. Гоби получает менее 200 мм осадков в год, а зимние температуры могут падать значительно ниже -20 ° C. Высокое возвышение также способствует большим сутчным температурным диапазонам из-за тонкого, сухого воздуха, который позволяет быстрое радиационное охлаждение ночью.

Низко-высотные горячие пустыни

И наоборот, пустыни с низким уровнем подъёма, особенно лежащие ниже уровня моря (например, Долина Смерти в США, на высоте -86 метров), испытывают экстремальную жару, потому что плотная атмосфера на более низких высотах улавливает более длинноволновое излучение. Кроме того, спускающийся воздух из окружающей более высокой местности нагревается адиабатически, поскольку он погружается в бассейны, что приводит к очень высоким температурам поверхности. Долина Смерти держит рекорд самой высокой достоверно зарегистрированной температуры воздуха на Земле (56,7 ° C в 1913 году). Сочетание низкой высоты, закрытой топографии бассейна и интенсивной инсоляции создает гиперзасушливую среду с осадками часто менее 50 мм в год.

Альтиплано и Атакама

Пустыня Атакама в Южной Америке обеспечивает увлекательный случай возвышения, взаимодействующего с другими факторами. Большая часть Атакамы лежит между 2000 и 4000 метров над уровнем моря на Андском Альтиплано. В то время как более высокая высота обычно означала бы больше осадков, Атакама заблокирована от влаги на двух фронтах: Анд на востоке и прибрежной зоне на западе. Высокое возвышение приводит к интенсивному солнечному излучению в течение дня и морозным температурам ночью, создавая одну из самых засушливых и интенсивных ультрафиолетовых сред на Земле. Эффект дождевой тени настолько силен и высота настолько высока, что части Атакамы никогда не регистрировали измеримые осадки.

Горные хребты и эффект тени дождя

Возможно, самым мощным топографическим контролем распределения пустыни является эффект тени дождя. Когда преобладающие ветры несут влажный воздух из океанов или других крупных водоемов к горному хребту, воздух вынужден подниматься вверх. Когда он поднимается, он адиабатически охлаждается, заставляя водяной пар конденсироваться в облака, а затем падать в виде осадков на наветренной (ветровой) стороне. К тому времени, когда воздушная масса пересекает гребень и опускается на подветренной (ветровой) стороне, он теряет большую часть своей влаги. Затем нисходящий воздух нагревается и высыхает, создавая выраженную сухую зону - тень дождя - часто идеально подходит для формирования пустыни.

Большие дождевые тени пустыни

  • Анды и пустыня Атакама:] Высокие горы Анд, поднимающиеся более чем на 6000 метров, блокируют влагу от бассейна Амазонки на восток. Преобладающие восточники выделяют огромное количество дождя на восточных склонах (питание тропических лесов Амазонки), в то время как западные склоны и прибрежные низменности практически не получают осадков. Дождевая тень является одной из основных причин, по которой Атакама является самой сухой неполярной пустыней на Земле.
  • Хималайя и пустыни Гоби; пустыни Такламакан: Массивный Гималайский хребет и Тибетское плато перехватывают индийскую муссонную влагу. Южные склоны Гималаев получают проливные дожди (например, Маусинрам в Индии), в то время как северная сторона, включая обширные засушливые ландшафты Тибетского плато, пустыню Такламакан и пустыню Гоби, лежат в глубокой дождевой тени. Годовые осадки в Такламакане могут быть менее 50 мм.
  • Сьерра-Невада и Великая бассейновая пустыня:] В Северной Америке хребет Сьерра-Невада заставляет Тихоокеанскую влагу сильно осаждаться на его западных склонах. Восточная сторона, включая большую часть Невады и Юты, образует Великую бассейновую пустыню — холодную, высоко надземную пустыню, созданную дождевой тенью как Сьерра-Невады, так и Каскадного хребта.
  • Западные Гаты и пустыня Тар: Западные Гаты Индии перехватывают летнюю муссонную влагу, создавая сухую тень дождя над плато Декан и способствуя засушливости пустыни Тар в Раджастане.

Орографический подъем и облачные шаблоны

Помимо простого уменьшения осадков, эффект дождевой тени также влияет на облачный покров, относительную влажность и температуру. Понижающийся воздух на стороне ли не только суше, но и теплее из-за компрессионного нагрева. Это подавляет образование облаков и приводит к большему солнечному излучению, достигающему земли, еще больше высушивая ландшафт. В некоторых пустынях, таких как пустыня Мохаве в лие Сьерра-Невады и Поперечных хребтах, дождевая тень настолько эффективна, что регион получает менее 150 мм дождя ежегодно, несмотря на то, что находится в зоне средней широты, которая в противном случае могла бы быть влажной.

Долины, бассейны и тепловая динамика

Пустыни часто образуются в структурных бассейнах или глубоких долинах, которые концентрируют тепло и ограничивают влагу. Эти топографические углубления действуют как тепловые ловушки, потому что теплый воздух имеет тенденцию к объединению в низких областях, а окружающая более высокая местность препятствует смешиванию более холодного, более влажного воздуха сверху. Результатом является локализованная интенсификация засушливости и экстремальные температуры.

Бассейн и хребет топография

Провинция Бассейн и хребет на западе Соединенных Штатов, которая содержит Большую Бассейнскую пустыню и части пустынь Мохаве и Соноран, является отличным примером этого эффекта. Здесь ориентированные на север и юг горные цепи чередуются с плоскими, опущенными бассейнами. Бассейны, часто на высоте 1200-1500 метров, захватывают радиационное тепло и испытывают температурные инверсии в спокойные зимние ночи. Захват холодного воздуха в низах может убить морозочувствительные растения, в то время как летние дневные температуры парят выше 40°C. Отсутствие дренажа во многих из этих бассейнов также создает соляные плоскости и плеяды, такие как соляные плоскости Бонневиля, которые дополнительно изменяют местный климат, отражая интенсивный солнечный свет.

Долина смерти: Архетипическая пустыня бассейна

Долина Смерти в Калифорнии иллюстрирует крайний конец бассейновой тепловой динамики. Окруженный высокими горами (диапазон Панаминт на западе и хребет Амаргоса на востоке), дно долины на 86 метров ниже уровня моря является самой низкой точкой в Северной Америке. Летом, спускаясь, сжатый воздух с окружающих вершин нагревается, когда он опускается в долину. Узкая форма и глубина ограничивают воздушный поток, поэтому накапливается горячий воздух. В сочетании с интенсивной солнечной радиацией, это создает самые высокие средние летние температуры на континенте. Бассейн также блокирует влагу от достижения долины, так как любой влажный воздух должен пересечь несколько горных хребтов, прежде чем спуститься в долину, уже потеряв свою влагу.

Термальные пояса и инверсии

В некоторых пустынных бассейнах улавливание холодного воздуха на дне долины приводит к образованию тепловых поясов выше по склонам. Эти пояса, где инверсионный слой встречает более теплый воздух, создавая узкую зону, которая может иметь более мягкие условия и немного больше влаги — иногда достаточно, чтобы поддерживать пустынные леса. Это явление наблюдается в пустыне Соноран , где баджады (наклонные аллювиальные вентиляторы) обеспечивают более умеренный климат, чем пол долины, что позволяет кактусам сагуаро процветать на определенных высотах. Понимание этих микроклиматических зон имеет решающее значение для экологии и сельского хозяйства в засушливых регионах.

Прибрежная топография и туманные пустыни

Не все пустыни образованы тенями дождя или внутренними бассейнами. Некоторые встречаются вдоль побережий, где сочетание холодных океанских течений и прибрежной топографии создает крайнюю засушливость. Пустыня Атакама (опять же) и пустыня Намиб в Африке являются классическими примерами. Здесь холодные восходящие течения (течения Гумбольдта и Бенгелы, соответственно) охлаждают прилегающий воздух, создавая устойчивую температурную инверсию. Влажный морской воздух задерживается под теплым, сухим верхним воздушным слоем, предотвращая образование дождевых облаков. Если прибрежные горы или откосы поднимаются над этим инверсионным слоем, они блокируют низкие облака от перемещения внутри страны, оставляя прибрежную полосу в стойком тумане — но почти нулевое количество осадков.

Туман как спасательная линия

В этих прибрежных туманных пустынях отсутствие дождя частично компенсируется частым туманом, который впадает из океана в определенные сезоны. Туман обеспечивает влагу через конденсацию на растениях, скалах и искусственных коллекторах. Топография прибрежного откоса определяет, как далеко проникает туман. Например, пустыня Намиб протянулась вдоль побережья Намибии, где холодное течение Бенгелы производит густой туман более 200 дней в году. Туман ползет по песчаным дюнам с низким уровнем подъема, но в значительной степени блокируется Великим откосом дальше вглубь страны, создавая узкую гиперзасушливую зону вдоль побережья. В Атакаме туман (каманчака) поддерживает уникальные образования лом — изолированные очаги растительности на склонах холмов, которые перехватывают туман на определенных высотах.

Топография и туманные шаблоны

Высота и ориентация прибрежных гор определяют, может ли туман достичь внутренних районов. Когда горный массив низок или имеет зазоры, туман может двигаться дальше, иногда обеспечивая достаточное количество влаги для сухопутного земледелия. Однако, когда диапазон высок и непрерывн, туман застревает на побережье, а внутренняя область почти не получает влаги вообще. Этот резкий градиент виден на спутниковых снимках Атакамы, где береговая линия тумана резко заканчивается против Кордильеры де ла Коста.

Топографические барьеры и глобальное распространение пустынь

В более широком масштабе расположение континентов и основных горных хребтов играет роль в том, где пустыни развиваются глобально. Субтропические пояса высокого давления естественным образом создают сухие зоны около 30° широты, но наличие массивных горных хребтов вдоль тропических до субтропических границ (таких как Анды и Гималаи) усиливает или смещает эти сухие зоны.

Влияние плато

Высокие плато, такие как Тибетское плато и Колорадоское плато, также влияют на региональный климат. Тибетское плато выступает в качестве повышенного источника тепла летом, вытягивая влажный воздух из Индийского океана и вызывая интенсивные муссонные дожди над Южной Азией. Однако этот процесс также усиливает оседание сухого воздуха над внутренней частью Азии, способствуя засушливости Центральной Азии и образованию пустынь Гоби и Такламакан. Аналогичным образом плато Колорадо, хотя и меньше, влияет на климат бассейна реки Колорадо и окружающих пустынь, блокируя некоторые тихоокеанские штормы и создавая тепловые системы низкого давления летом, которые управляют североамериканским муссоном — ограниченным, но важным источником влаги для частей пустыни Соноран.

Континентальный интерьер против прибрежных пустынь

Континентальные внутренние пустыни, такие как Гоби и Каракум, далеки от океанических источников влаги. Их топографический контекст, окруженный бассейнами и плато, усиливает сухой континентальный климат. Напротив, прибрежные пустыни, такие как Атакама и Намиб, соседствуют с океаном, но остаются сухими благодаря сочетанию холодных течений и прибрежных гор. Взаимодействие топографии и расстояния от источников влаги является ключевым фактором в классификации 33 основных пустынных регионов мира.

Примеры пустынь, управляемых топографией

Ниже приведены основные пустыни, на существование, границы и климатические условия которых сильно влияет местная и региональная топография:

  • Пустыня Атакама (Южная Америка): Дождевая тень от Анд и прибрежная инверсия, вызванная течением Гумбольдта и прибрежными горами. Подъём колеблется от уровня моря до более чем 4000 метров, создавая экстремальную засушливость и уникальные суточные колебания температуры.
  • Намибская пустыня (Африка): Прибрежная туманная пустыня, поддерживаемая Бенгельским течением и Великим откосом.Топография ограничивает проникновение тумана узкой полосой, а древние дюнные поля формируются резким градиентом.
  • Пустыня Гоби (Азия): Континентальная холодная пустыня, образованная дождевыми тенями Гималаев и высокогорного Тибетского плато.Топография бассейна задерживает холодный воздух зимой, приводя к экстремальным температурным диапазонам.
  • Соноранская пустыня (Северная Америка): Сочетание низкоподъёмных бассейнов и горных хребтов. Топография создаёт разнообразные микроклиматы, от жарких долинных полов (Юма) до более прохладных горных склонов, где процветают кактусы сагуаро. Дождевая тень Сьерра-Невады способствует её засушливости, хотя сезонная муссонная влажность из Калифорнийского залива имеет решающее значение.
  • Пустыня Мохаве (Северная Америка): В основном в дождевой тени Сьерра-Невады и Поперечных хребтов. Её высокая высота (800-1500 метров) создаёт холодную пустыню с зимними морозами и летней жарой, а бассейны, подобные Долине Смерти, доводят засушливость до крайностей.
  • Пустыня Сахара (Африка): В то время как в основном она обусловлена субтропическим высоким давлением, топография Сахары включает высокогорья (Ахаггар, Тибести), которые перехватывают случайную влагу и создают локализованные оазисы.
  • Большая пустыня бассейна (Северная Америка): Холодная, высокогорная пустыня (средняя высота 1200-1800 м), созданная дождевыми тенями хребтов Сьерра-Невада и Каскад.Топография бассейна и хребта приводит к степи с очень низкой влажностью и экстремальным изменением температуры между днем и ночью.

Заключение

Топография является фундаментальным агентом в формировании мира’s пустынный климат и их распределение. Возвышение определяет, является ли пустыня горячей или холодной, получает ли она случайные орографические осадки, и насколько экстремальными становятся ее колебания температуры. Горные хребты создают дождевые тени, которые могут превратить пышные наветренные склоны в засушливые пиявные отходы. Долины и бассейны концентрируют тепло и подавляют воздушный поток, производя некоторые из самых горячих мест на Земле. Прибрежные горы в сочетании с холодными течениями приводят к образованию туманных пустынь, которые существуют с незначительными осадками. Понимание этих топографических влияний имеет важное значение не только для науки о климате и палеоклиматологии, но и для управления водными ресурсами, сельским хозяйством и экосистемами в засушливых землях. По мере изменения глобальных климатических моделей роль топографии в модуляции местной и региональной засушливости останется критическим фактором в прогнозировании будущего расширения или сокращения пустыни.

Для дальнейшего чтения см. Обзор пустыни Обсерватории Земли НАСА , Энциклопедия Британника объяснение дождевых теней , и подробное руководство по типам и образованию пустынь .