Table of Contents

Засушливое сердце: наука о климате пустыни

Пустыни определяются главным образом стойким дефицитом влаги, где испарение опережает осадки. Анализ географического распространения жаркого и холодного пустынного климата выявляет различные закономерности, продиктованные глобальной атмосферной циркуляцией, континентальным позиционированием и топографией. Эти климаты покрывают примерно одну треть поверхности Земли и встречаются на каждом континенте. Понимание их распределения имеет важное значение для климатологии, биогеографии и управления водными ресурсами. Широко используемая система классификации климата Köppen дифференцирует пустыни на основе засушливости и температуры, классифицируя их как BWh (горячая засушливая) и BWk (холодная засушливая).

В климатологии порог для классификации пустынь основан на индексе засушливости. Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) определяет засушливые земли как имеющие индекс засушливости (AI = P/PET) менее 0,20, где P — среднее годовое количество осадков и PET — потенциальное испарение. Эта количественная мера позволяет ученым отличать пустыни от лугов и сухих лесов. Географическое распространение этих засушливых зон не случайно, а прямое следствие атмосферной динамики, континентального распределения и топографических барьеров, таких как горные хребты.

Köppen Классификационная система

Система Köppen обеспечивает стандартизированный метод классификации глобального климата на основе данных о температуре и осадках. Для пустынного климата граница между горячим (BWh) и холодным (BWk) определяется средней годовой температурой. Климаты BWh имеют среднюю годовую температуру 18°C (64.4°F) или выше, в то время как климаты BWk имеют среднюю годовую температуру ниже этого порога. Это различие температур создает радикально разные сезонные ритмы, характеристики экосистем и адаптивные стратегии для жизни в этих регионах. Географическое распространение этих климатов соответствует глобальным температурным градиентам и континентальным положениям.

Потенциальное эвапотранспирация и засушливость

Потенциальное испарение (ПЭТ) представляет собой количество воды, которое испарилось бы и вытекало из ландшафта, если бы вода была доступна. В пустынном климате ПЭТ последовательно превышает осадки, часто с большим отрывом. Этот дисбаланс определяет засушливость региона. Горячие пустыни обычно имеют чрезвычайно высокий ПЭТ из-за интенсивного солнечного излучения и высоких температур, что усугубляет нехватку воды. Напротив, холодные пустыни могут иметь более низкий ПЭТ из-за более низких температур, но их засушливость может быть одинаково экстремальной из-за минимальных осадков.

Глобальный двигатель засушливости: атмосферная циркуляция и топография

Географическое распределение пустынь в значительной степени контролируется двумя основными факторами: глобальными атмосферными циркуляционными моделями и топографическими влияниями, такими как дождевые тени.Понимание этих механизмов является ключом к объяснению того, почему пустыни встречаются в конкретных поясах и местах по всему миру.

Субтропические системы высокого давления и клетка Хэдли

Основным двигателем пояса горячих пустынь, которые окружают земной шар, является циркуляция Хэдли. Теплый, влажный воздух поднимается на экваторе и охлаждается, высвобождая огромное количество осадков, которые поддерживают тропические леса. Этот воздух затем расходится по полюсу на более высоких высотах, наконец, погружаясь над субтропиками, примерно между 20 и 30 и южной широтой. По мере того, как этот воздух опускается, он нагревается адиабатически и высыхает, создавая стабильную атмосферу, которая сильно препятствует образованию облаков и осадков. Эта нисходящая конечность клетки Хэдли создает субтропический пояс высокого давления, который является прямой причиной почти всех основных горячих пустынь мира, включая Сахару, Аравийскую, Калахари и австралийские пустыни. Это самые сухие и солнечные зоны на планете.

Динамика теней дождя и континентальность

В то время как клетка Хэдли объясняет существование большинства субтропических пустынь, холодные пустыни (BWk) часто образуются в средних широтах из-за различных механизмов. Дождевые тени возникают, когда горные хребты блокируют прохождение влагозагруженного воздуха. Поскольку воздух вынужден подниматься над горным хребтом, он охлаждается и осадки на наветренной стороне. К тому времени, когда воздух опускается на подветренной стороне, он сухой. Это создает засушливые условия, которые могут простираться на сотни километров вниз по ветру. Великая бассейновая пустыня Северной Америки является классическим примером, лежа в дождевой тени Сьерра-Невады. Аналогично, пустыня Гоби обязана частью своей засушливости Гималаям, которые блокируют влагу из Индийского океана.

Континентальность также играет важную роль, особенно для холодных пустынь глубоко внутри континентальных интерьеров. Расстояние от океанов означает, что воздушные массы потеряли большую часть своей влаги к моменту их прибытия. Эти регионы, такие как пустыни Гоби и Каракумы в Центральной Азии, испытывают экстремальные перепады температуры между летом и зимой из-за отсутствия умеренных океанских влияний. Это сочетание дождевых теней и континентальности создает холодные зимние пустыни Азии и Северной Америки.

Климат в жарких пустынях (BWh): Глобальный географический тур

Климаты жарких пустынь определяются круглогодично высокими температурами, интенсивной солнечной радиацией и экстремальной засушливостью. Они испытывают самые высокие дневные температуры на Земле, часто превышающие 50 ° C (122 ° F), и имеют очень мало облачного покрова. Географическое распространение климатов BWh показывает сильное широтное соответствие с субтропическим поясом высокого давления.

Сахарско-арабский коридор

Сахара — самая большая жаркая пустыня в мире, покрывающая большую часть Северной Африки. В её климате преобладает устойчивый субтропический максимум, создающий гиперзасушливую среду с некоторыми из самых высоких показателей испарения на Земле. Сахара — не однородное пространство, а включает в себя обширные гравийные равнины, скалистые плато и песчаные моря (эрги). Аравийская пустыня, связанная геологически и климатически с Сахарой, простирается через Аравийский полуостров. Этот Сахарско-арабский пояс представляет собой самый большой непрерывный блок гиперзасушливой местности за пределами полярных регионов. Руб&рскво; аль-Хали, или Пустой квартал, является одним из крупнейших песчаных морей на Земле, испытывая одни из самых суровых климатических условий.

Юго-запад Северной Америки: пустыни Соноран и Мохаве

Северная Америка содержит несколько важных горячих пустынь. Пустыню Соноран, которая охватывает части Аризоны, Калифорнии и Мексики, часто называют самой влажной пустыней в мире из-за её бисезонного характера осадков. Она получает влагу от зимних тихоокеанских штормов и летних муссонных потоков из Мексиканского залива и Калифорнийского залива. Эта уникальная схема осадков поддерживает высокое биоразнообразие растений, в том числе культовый кактус сагуаро. Напротив, пустыня Мохаве лежит на северо-западе и более сухая, с более высокой высотой и более холодными зимами. Долина Смерти, расположенная в Мохаве, держит рекорд по самой высокой достоверно зафиксированной температуре воздуха на Земле. Переход от Сонорана к Мохаве представляет собой сдвиг в засушливости и температурных режимах.

Горячие пустыни Южного полушария: Австралия, Калахари и Атакама

Австралия — самый сухой обитаемый континент на Земле, с более чем 70 % его суши, классифицированной как засушливая или полузасушливая.Великая пустыня Виктория, Гибсон и Танами доминируют во внутренних районах. На их климат сильно влияют субтропический пояс высокого давления и Эль-Ниндильда;о-Южное колебание (ENSO), которое приводит к периодам интенсивной засухи и случайным сильным осадкам.Пустыня Калахари в Южной Африке технически полупустыня, получая больше осадков, чем типичные горячие пустыни, но ее высокие скорости испарения и глубокие песчаные почвы создают засушливые условия.Пустыня Намиб, в то время как технически прибрежная пустыня, чрезвычайно горячая и засушливая, сливается с Калахари во внутренней части страны.Пустыня Атакама в Южной Америке — уникальный случай: это горячая пустыня, сильно подверженная влиянию холодного течения Гумбольдта, что приводит к экстремальной засушливости, но относительно прохладным прибрежным температурам.

Климат холодной пустыни (BWk): Средне- и высокогорные засушливые зоны

Холодные зимние пустыни (BWk) определяются их суровыми сезонными контрастами, с длинными, холодными зимами и короткими, теплыми летними периодами. Осадки низкие круглый год, но снег может быть значительным компонентом. Географическое распространение холодных пустынь тесно связано с континентальностью и топографическими барьерами.

Центральноазиатский Арид Хартленд

Центральная Азия является крупнейшим непрерывным регионом холодных зимних пустынь в мире. Пустыня Гоби, расположенная в Монголии и северном Китае, представляет собой массивную холодную пустыню с экстремальными температурными колебаниями, от более 40 ° C (104 ° F) летом до менее -40 ° C (-40 ° F) зимой. Его засушливость является продуктом как его глубокого континентального местоположения, так и эффекта дождевой тени Гималайского и Тибетского плато. На западе пустыня Такламакан представляет собой сдвиг песчаного моря в бассейне Тарима, окруженная высокими горами и известная своей экстремальной засушливостью. Пустыни Каракум и Кызылкум в Туркменистане и Узбекистане расширяют этот засушливый пояс в регион Каспийского моря. В этих средах преобладают выносливые кустарники, травы и специализированная фауна, такая как бактрийский верблюд и снежный барс.

Большой бассейн и межгорный запад

In North America, the Great Basin Desert is the largest cold desert on the continent. Unlike the hot Mojave to the south, the Great Basin has a high elevation (mostly above 1,200 meters) and experiences cold, snowy winters. Its aridity comes from the massive rain shadow of the Sierra Nevada and Cascade ranges. The vegetation is dominated by sagebrush steppe rather than cacti. This region is characterized by basin and range topography, where north-south running mountain ranges create localized variations in precipitation and temperature. The Colorado Plateau, often considered a separate cold desert region, also experiences cold winters and high aridity, with dramatic canyons and mesas.

Патагонская пустыня: Холодная пустыня

Патагонский пустыня на юге Аргентины и Чили — это уникальная холодная пустыня, расположенная в дождевой тени Анд. Несмотря на высокую широту (к югу от 40°S), она получает очень мало осадков. Западные ветры вынуждены подниматься над Андами, сбрасывая всю свою влагу на западные склоны, создавая пышные вальдивские умеренные тропические леса. Восточная дождевая тень — один из самых сухих регионов Южной Америки. На Патагонию также влияет холодное Фолклендское течение, которое держит летние температуры относительно прохладными. Этот регион характеризуется сильными ветрами, обширными степными равнинами и экстремальной изменчивостью климата.

Прибрежные пустыни тумана: особая экосистема засушливых вод

Прибрежные пустыни представляют собой особый подтип пустынного климата, где засушливость обусловлена холодными океанскими течениями, а не только субтропическим высоким давлением.Эти пустыни встречаются вдоль западных континентальных окраин, пересекаясь с географией течений Бенгелы и Гумбольдта.

Пустыни Атакама и Намиб

Пустыня Атакама в Чили — одно из самых сухих мест на Земле. Холодное течение Гумбольдта охлаждает воздух над ней, создавая устойчивую тепловую инверсию, предотвращающую осадки. Однако этот же прохладный воздух производит плотный прибрежный туман, известный как camanchaca, который обеспечивает основной источник влаги для специализированных сообществ растений и животных. Пустыня Намиб в Намибии функционирует аналогично вдоль течения Бенгела. Эти туманные пустыни удивительно биоразнообразны, с эндемичными насекомыми, рептилиями и растениями, которые эволюционировали, чтобы захватить капли тумана. Географическое распространение этих прибрежных пустынь тесно связано с конкретными океанскими течениями и зонами подъема, которые их определяют.

Интерьер vs. прибрежная засушливость

При сравнении прибрежных туманных пустынь с внутренними континентальными пустынями контраст в температуре поразителен. Прибрежные пустыни, такие как Атакама, имеют умеренные температуры круглый год из-за влияния океана, в то время как внутренние пустыни, такие как Сахара или Гоби, испытывают экстремальные суточные и сезонные колебания температуры. Источник дефицита воды также отличается: прибрежные пустыни сухие из-за атмосферной стабильности, вызванной холодной водой, в то время как внутренние пустыни сухие из-за дождевых теней и континентальности. Эти различия являются центральными для понимания глобальной картины засушливых земель.

Изменение климата и меняющаяся география климата пустынь

Географическое распространение пустынного климата не является статическим. Имеющиеся данные убедительно свидетельствуют о том, что засушливые зоны планеты расширяются из-за сочетания естественной изменчивости и антропогенного изменения климата. Это имеет глубокие последствия для сельского хозяйства, водных ресурсов и миграции людей в уязвимых регионах.

Полузащитное расширение субтропиков

Одной из наиболее значимых наблюдаемых тенденций последних десятилетий является поулсорсинг ячеек Хэдли. По мере потепления глобального климата субтропический пояс высокого давления смещается к полюсам. Это раздвигает границы жаркого пустынного климата дальше на север и юг, в регионы, которые ранее были менее засушливыми. Исследования NOAA и NASA задокументировали это расширение, которое отвечает за повышенную засушливость в таких районах, как Средиземное море, юго-запад США и юг Австралии. Этот сдвиг представляет собой фундаментальное изменение глобального распределения климатических зон.

Опустынивание и деградация земель

Важно проводить различие между естественным расширением пустынь (движимых климатом) и опустыниванием (движимых деятельностью человека, такой как чрезмерный выпас скота, обезлесение и плохая практика орошения). Оба процесса могут деградировать засушливые земли, но они действуют в разных масштабах и в разные сроки. Изменение климата усугубляет опустынивание за счет увеличения водного стресса в полузасушливых регионах. В Специальном докладе МГЭИК об изменении климата и земельных участках подчеркивается, что население засушливых земель очень уязвимо для этих комбинированных факторов давления. Понимание географического распространения пустынного климата помогает нацеливать усилия по сохранению и адаптации в районах, подверженных риску сельскохозяйственного коллапса и нехватки воды.

Мониторинг засушливости

Ученые используют спутниковые данные таких программ, как NASA&rsquo’s Landsat и NOAA&rsquo’s AVHRR, для мониторинга изменений растительности, влажности почвы и альбедо по всему миру&rsquo’s drylands. Эти инструменты позволяют в режиме реального времени отображать сдвиги границ климата BWh и BWk. Долгосрочные климатические модели прогнозируют дальнейшее расширение и интенсификация засушливых земель во всем мире, особенно при сценариях с высоким уровнем выбросов. Этот постоянный мониторинг позволяет более четко понимать пространственную динамику расширения пустыни.

Вывод: Интегрированный взгляд на глобальную засушливость

Географическое распространение жаркого и холодного пустынного климата образует согласованную глобальную картину, диктуемую широтой, атмосферной циркуляцией и топографией. От залитых солнцем дюн Сахары до продуваемых ветром степей Патагонии эти среды — гораздо больше, чем статические пустоши. Это динамические системы, которые быстро реагируют на изменения климата и землепользования. Горячие пустыни доминируют в субтропических поясах, поддерживаемые нисходящими воздушными потоками. Холодные пустыни доминируют в среднеширотных континентальных интерьерах, сформированных горными барьерами и расстоянием от океанов. Прибрежные пустыни занимают узкие полосы, где холодные течения стабилизируют атмосферу.

По мере того, как глобальный климат продолжает нагреваться, понимание распределения и поведения этих засушливых зон становится все более важным. Расширение засушливых зон в направлении полюсов, интенсификации гидрологического цикла и давления человеческого развития все меняют глобальную протяженность засушливых земель. Анализ географического распространения пустынь - это не просто академическое упражнение; он обеспечивает фундаментальные знания, необходимые для прогнозирования изменений окружающей среды, управления дефицитными водными ресурсами и повышения устойчивости в самых хрупких экосистемах мира. Границы горячих и холодных пустынь меняются, и мониторинг этих сдвигов имеет центральное значение для понимания будущей географии нашей планеты.