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文丨星球风物 携书弹剑走黄沙, 瀚海天山处处家。 大漠西风飞翠羽, 江南八月看桂花。 -------《书剑恩仇录》 诗中的后两句可用来描述今天华夏西北大地干旱少雨、飞沙走石, 而江南地区湿润多雨、桂花遍地的自然环境。 然而！在前不久，家里有老人儿的可以回家问问，也就是在古近纪,距今天6600~2300万年前，江南却是黄沙四起, 大江滚滚向西流。那么, 华夏大地上如此翻天覆地的气候环境变化是什么时候发生的? 为什么呢?（哎，只能自问自答了~） 正是我国几代科学家自1970年代就开始努力破解的科学谜团; 而“携书弹剑走黄沙, 瀚海天山处处家”恰是他们科学生涯的真实写照.谈到华夏山水, 当然不只是西北大漠和江南水乡,还有“世界屋脊”青藏高原、沟壑纵横的黄土高原、滚滚东流的长江和黄河、二者的分水岭——秦岭山脉（点击这里看秦岭的前世今生哦→什么是秦岭（1）什么是秦岭（2）什么是秦岭（3））、一望无际的东部平原、西太平洋边缘海和祖国的宝岛台湾等。实际上, 华夏山水的这些“成员”都有严格的“亲缘”关系; 而黄土高原正是这种关系和渊源的见证者. 更为重要的是, 这些成员至今“密切合作”,不仅影响着华夏山水的未来, 而且作用于全球的气候环境. 在大众普遍关注的应对气候变化、生态环境修复和治理中, 如果对这些渊源及背后的运作机制缺乏足够的了解, 难免会经常碰壁, 事倍功半. 像“侠客”样的华夏季风与荒漠侠之大者，为国为民。但，永远是孤独的，与众不同的。假设地球是没有海陆分布和地形差异的行星, 地球大气会在太阳辐射和地转偏向力作用下, 在南北两半球分别形成“三圈环流”(从低纬到高纬分别为哈德莱(Hadley)环流圈、费雷尔(Ferrel)环流圈和极地环流圈), 亦称“行星风系” 由于赤道地区接受太阳辐射量最多, 空气受热上升, 地面气压降低而形成“赤道低压带”. 受热空气上升到一定高度后向高纬方向流去, 并在地转偏向力作用下方向逐渐偏转, 至副热带高空堆积下沉, 形成“副热带高压带”。 副热带高压的空气在地面向高纬、低纬方向辐散, 流向低纬的一支在地转偏向力作用下, 形成北半球的“东北信风”、南半球的“东南信风”, 与前述的高空气流构成“哈德莱环流圈”. 东北信风与东南信风汇聚之处则为“热带辐合带(Intertropical Convergence Zone-ITCZ)”, 亦俗称“气候赤道”. 从副热带高压流向高纬的一支气流则在地转偏向力作用下逐步偏东, 形成“盛行西风带”, 简称“西风带”, 与前述的高空气流构成“费雷尔环流圈”, 亦称“中纬度环流圈”。 我们知道, 南北半球低纬度地区接收的太阳辐射量呈季节反相位关系, “气候赤道-ITCZ”与地理赤道并不吻合, 而是随季节在南北半球的低纬地区摆动. 在北半球夏半年位于北半球, 此时, 南半球的信风会深入到北半球的低纬地区, 并在地转偏向力作用下发生东偏, 与该地区冬半年的东北信风构成季节交替的反向风. 这种大范围内盛行风向随季节的变换即为季风现象。 从这个意义上讲, 即便地球上没有海陆分布, 在低纬地区也会有季风, 其盛行的季节反向风源于ITCZ季节摆动背景下的两半球信风. 这种受ITCZ摆动强烈影响的季风常被称为“热带季风”(Wang和Ding, 2008),只影响ITCZ以里的低纬地区, 实际上可看作“行星风系型季风”. 南北美洲、南北非洲和澳大利亚的季风均与ITCZ摆动密切相关(程度上存在差异), 因而具明显的“行星风系型季风”的特点. 由于这种季风形成的条件(有太阳、地球为圆形、有岁差并自转、有大气)相对简单, 不难看出, 热带季风的起源可追溯到非常久远的地球历史。 上述环流格局亦可在海陆分布、地形和全球其他大尺度边界条件(如冰盖)的作用下发生不同程度的“变异”. 例如, 由于今天北半球陆地面积比南半球大得多, 导致海陆热力差异等的不同, ITCZ在北半球夏季可深入到24°N左右. 在全球高温的背景下(如始新世大暖期(Zachos等, 2001)等), ITCZ会深入到北半球更高的纬度. 正因为如此, 如果发现新生代某个时期在24°N以南(甚至纬度更高的地区)有季风存在的证据, 是不足为奇的。 由于高压以干燥的下沉气流为主, 其控制的陆地一定是偏干旱的, 尽管干旱的程度亦受其他因素的影响. 正因如此, 除亚洲地区外, 南北两半球的副热带地区均有干旱区分布, 包括北半球的撒哈拉沙漠、南半球的纳米布沙漠和澳洲大沙漠. 南北美洲的副热带地区也相当干旱, 但除副高的作用外, 安第斯山和落基山的“雨影效应”也对美洲的干旱起了明显的作用。 我们目光回到东亚，就会发现这里的季风与荒漠与众不同, 突出地表现在三个方面： 第一, 按照行星风系的全球性规律, 与撒哈拉同纬度的我国江南理应是副热带高压控制的干旱地区,实际上则为降水充沛、桂花遍地的湿润地区, 意味着副热带高压在东亚地区“消极怠工”. 第二, 华夏的西北大漠与中亚干旱区连为一体,分布的纬度比撒哈拉等副热带荒漠要高得多, 而且不受副热带高压的直接影响, 我们称其为“内陆型荒漠”(Guo等, 2002, 2008). 也就是说, 亚洲中部的荒漠和撒哈拉等副热带荒漠在成因上具本质差异。 第三, 由于ITCZ的季节摆动, 赤道两侧均可视为季风区(作为整体亦称“全球季风— global monsoon”(汪品先, 2009; Trenberth等, 2000; Wang等, 2014). 但其他季风均受ITCZ季节摆动的强烈控制, 主要影响ITCZ与赤道之间的低纬地区, 具明显“行星风系型季风”的特点. 只有东亚季风长驱直入, 不仅影响低纬地区, 而且可影响到40°N以北, 大幅度超越了ITCZ的摆动区间,影响范围到达了北半球西风带的位置. 本应干旱的我国江南地区成为湿润区, 且季风从南部海洋出发, 能够冲破副热带高压的“壁垒”而直达西风带所在的纬度, 无疑说明东亚季风是全球最强的季风. 但如果把两支反向信风的辐合(Convergence)做为标志, 则东亚季风区似乎不存在传统意义上的ITCZ. 今天, 我国西北的干旱区与北半球西风带的位置大致吻合, 恰是“大漠西风飞翠羽”. 该区基本超出了季风影响的范围, 一些学者故将其称作“西风区”. 但由于西风环流在西欧沿海登陆后, 一路向东长途跋涉,从大西洋携带的水汽渐渐殆尽, 能为中亚提供的水汽就变得很有限. 从这个意义上讲, 更典型的“西风气候”是西欧的大西洋型气候, 将其与我国西北对比研究, 无疑有助于理解西风带对我国环境的作用. 从上述可以看出, 地质学和古气候学工作者所说的亚洲季风和干旱的“起源”并不是指亚洲何时出现季风或荒漠, 因为前述的“行星风系型季风”和“行星425风系型干旱”均可追溯到非常久远的地球历史(Guo等,2008). 研究者所说的亚洲季风和干旱起源, 特指亚洲现代季风和内陆型干旱的起源。 |
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