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  • 全球变暖 干旱区是否会更旱

        陈亚宁

        编者导读

        占全球陆地面积41%的干旱区是生态系统和水资源系统最脆弱的地区之一,也是对气候变化响应最敏感的地区,养育着世界38%的人口,其中90%的人口位于发展中国家。在全球气候变暖的大背景下,干旱区会变得湿润还是更加干旱,是当今科学界讨论的一个热点问题。

        中国科学院新疆生态与地理研究所陈亚宁研究员团队,利用干旱指数分析了1948年至 2008年全球干旱区的时空变化特征。本版特约研究者撰文介绍相关的科学问题。

        干旱区的界定、类型和范围

        根据联合国环境规划署的划分标准,将年降水量与年潜在蒸发量的比值A在0-0.65之间的区域定义为干旱区,并分为4种类型:A<0.05为极端干旱区,0.05≤A<0.2为干旱区,0.2≤A<0.5为半干旱区,0.5≤A<0.65为半湿润半干旱区。主要的极端干旱区出现在沙漠,如阿拉伯半岛东部的鲁卜哈利沙漠、撒哈拉沙漠和塔克拉玛干沙漠。干旱区主要分布在中亚和澳大利亚,半干旱区位于干旱区外围,而半湿润半干旱地区位于半干旱地区的外围。半干旱地区占比最大,占全球陆地面积的15%。其他干旱类型(极端干旱区、干旱区、半湿润半干旱区)分别占7.5%、13.0%和6.2%。

        依据1961-1990年之间的年降水量与年潜在蒸发量的比值A计算,中国的干旱面积约为5.62×106平方公里,其中极端干旱区、干旱区、半干旱区和半湿润半干旱区的面积分别为1.06×106平方公里、1.42×106平方公里、2.14×106平方公里和1.00×106平方公里。占比最大的半干旱区呈东北-西南向的带状分布,覆盖了大部分内蒙古、河北北部、陕西北部、宁夏、甘肃中部、青海和西藏的大部分地区。极端干旱区主要分布在南疆的准噶尔盆地以及甘肃、青海、西藏等部分地区。干旱区主要分布于极端干旱区的外围。此外,半湿润半干旱区仅分布在半干旱区南缘的狭长地带。

        中国干旱区的干湿变化

        大量的事实揭示,我国北方地区干旱化正在加剧。吉林省草原面积每年呈2.8%递减,草原重度退化的面积占整个草原面积的47.5%,在内蒙古东部,近10年沙漠化令科尔沁沙地以每年2.4%的速度扩展,北方主要农业区不同程度的干旱面积均有扩大的趋势。以上特征都是我国北方区域干旱化的具体表现。

        在1948-2008年期间,中国的干旱区面积以每10年0.12×106平方公里的速度增大。其中,半干旱地区扩张最快,扩张速度为每10年0.111×106平方公里,比干旱和半湿润半干旱地区快10倍左右(分别为每10年0.013×106平方公里和每10年0.017×106平方公里)。而极端干旱区则略有萎缩,变化率为每10年-0.002×106平方公里。

        对比1948-1962年和1994-2008年干旱区边界,我们发现干旱区的扩张主要发生在东北地区和黄河中下游地区。东北地区的干旱区东扩幅度较大,约为2°,尤其是内蒙古西北部增多的干旱区面积几乎相当于整个辽宁省。此外,在黄河中下游,干旱区向南扩展了约1°。西南地区的干旱区的边界较为平稳,没有太大变化。

        伴随着干旱面积的变化,不同干旱类型之间也发生着相互转化。不同干旱类型的转化既可能朝向变干的方向,也可能朝向变湿的方向。调查发现,半干旱区是面积增加最多的类型,由半湿润半干旱转化为半干旱的面积为0.638×106平方公里,而由半干旱转化为半湿润半干旱的面积仅为0.021×106平方公里。除此之外,湿润区也有0.606×106平方公里的面积变得更加干旱,转化为半湿润半干旱区。

        从干旱类型的转化来看,在1948年至2008年间,中国有1.377×106平方公里国土变得更加干旱,有0.274×106平方公里的国土变得更加湿润。变得更加干旱的区域主要集中在黑龙江和吉林的西部、内蒙古的东部以及大部分河北、山西和陕西地区。变得更加湿润的区域主要零星分布于塔里木盆地的西北边缘、准噶尔盆地和西藏的中部。

        显著干旱的地区分布在西北的东部和整个华北地区,东北的东南部也是干旱化显著的地区。这些地区干旱化趋势的产生与降水的持续减少密切相关,河北地区的降水甚至以每10年40毫米速度减小。同时,近30年气温的持续上升是这些地区干旱化加剧且范围扩大的另一个重要原因。与北方其他地区的变化趋势相反,西北西部当前正处在一个相对湿的时段,但是由于该地区的降水基数太小,因此增加的降水并不能缓解该地的干旱,再加上温度的升高也进一步削弱了这种变湿趋势。

        值得一提的是,西北东部、华北在20世纪70年代末期发生明显的由湿向干的年代际转折性变化,两个地区的干旱化均持续至今,时间接近30年,这个转折性变化应与1977/1978年的全球大尺度气候背景有关。与上述两个地区不同,东北地区在近半个世纪却存在3个干湿变化的转折点,最近一次的转折点发生在20世纪90年代中期(由湿润转向干旱),目前这个地区仍处于干旱时段,另两个转折点分别是1965年和1983年。这说明除温度升高加剧了干旱化趋势外,东北地区还受到不同于前述两个地区的大尺度的气候背景的影响。

        全球干旱区的干湿变化

        在关于全球变暖的影响里经常会看到“湿者更湿、干者更干”的说法。该理论认为随着全球变暖,总的降水量虽然会增加,但原来降水多的地方降水会更多,原来干旱的地方会变得更干旱。总体上看,在1948年至2008年,全球干旱区面积以每10年0.512×106平方公里的速度增大。但是不同空间尺度干湿变化的倾向明显不同,在半球尺度,东半球为变干趋势,而西半球反之,为变湿趋势;在大陆尺度上,尤其是非洲大陆和欧亚大陆,干旱化趋势非常显著,在欧亚大陆的俄罗斯远东、中国华北和东北地区都是干旱化显著的地区。增暖对全球干湿变化有重要影响,除北美大陆外,其余大陆在增暖的作用下其干旱化的强度都有大约1-5个百分点的加强,降水也因增暖而变湿趋势减弱或消失。全球5个大陆除北美大陆外均为变干趋势,而北美大陆为变湿趋势。

        近半个世纪,北美变湿倾向、非洲大陆和欧亚大陆的干旱化趋势都具有明显的转折性特征,表现在平均值和距平值的转折变化。在距平变化上,三个地区的转折点均位于上世纪70年代中后期,这包括气温、降水和表征干湿变化的干燥指数,非洲大陆由湿转为干的时间为1979年,亚洲地区的干旱起始于1975年,在北美大陆,由干转为湿的时间发生在1976年,这种年代际的转折性变化普遍存在于全球许多地区。

        大量的研究指出,大气环流和海温变化对全球和地区气候有着重要的影响。例如在我国的华北,近半个世纪的干湿变化与北太平洋年代际振荡(PDO)有非常一致的对应关系,PDO的冷位相对应华北低温、多雨和湿润时段,暖位相对应温暖、少雨和干旱时段。华北的持续干旱也与东亚季风减弱所引起的水汽输送量减少有着密切的关系。

        延伸阅读

        干旱区未来变化预测

        利用气候模式数据,科学家预测了高排放情境下的干旱区面积变化。研究表明,在高排放情景下,相较于1961-1990年,干旱区面积在本世纪末将会增大23%。届时干旱区面积将占到地球陆地的56%,其中78%的干旱面积扩张主要发生在发展中国家。研究还表明,干旱区的增温趋势显著高于湿润区,气候变暖、干旱加剧和人口增长的共同作用将增大发展中国家发生荒漠化的风险。

  • 寒武纪大爆发可能由板块运动导致

        辛华

        英国研究人员新近提出,5亿多年前剧烈的地球板块运动导致地球大气氧含量上升,为大型复杂生物的出现打下基础,这可能是寒武纪大爆发的主要原因。

        寒武纪生命大爆发被称为古生物学和地质学上的一大悬案,自达尔文以来就一直困扰着学术界。在距今约5.41亿年前至4.85亿年前的寒武纪,地球生物多样性和复杂性出现了爆炸式增长。在寒武纪的开始,绝大多数无脊椎动物(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等)在几百万年的很短时间内出现了。而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象,被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”,简称“寒武爆发”。

        英国埃克塞特大学日前发布的新闻公报说,该校人员及同行计算当时板块运动对地球碳循环的影响,首次对寒武纪前夕大气氧含量变化进行了定量分析。

        大气氧含量是生物发展的关键“阀门”,限制着生物的能量利用效率。只有大气氧含量高到一定程度,才可能出现体型较大、运动能力强、神经系统发达的掠食动物。大量地质证据显示,寒武纪之前数亿年中海洋氧含量多次上升,间接表明当时大气氧含量也上升了,但此前缺乏对当时大气氧含量变化的定量分析。

        研究人员在英国《自然·通讯》杂志上发表论文说,他们利用一个生物地球化学模型分析认为,在6.35亿年前至5.41亿年前的埃迪卡拉纪,大气氧含量表现出长期上升趋势,总共增加了50%,达到现今水平的约25%。

        根据该模型,埃迪卡拉纪大气氧含量上升是因为地质板块频繁碰撞,火山活动剧烈,导致大量二氧化碳从地幔进入大气。再加上岩石风化加剧析出了更多磷等营养元素,导致生物光合作用增强,有机碳的生产和埋藏速率都提高,也使大气氧含量持续增加。

        新研究的估算值与此前观点大体相符。此前分析认为,寒武纪大型掠食动物的出现需要大气氧含量达到现今水平的10%至25%左右。研究人员表示,他们的新理论和分析结果与同位素标记的地质特征吻合较好。

  • 翼龙可能没有童年

        北新

        在遥远的中生代,天空的统治者翼龙也许没有童年。英国一项最新研究发现,翼龙幼仔刚出壳就具备飞行能力,它们有可能立刻就开始了没有“双亲”照顾的独立生活。

        此前有研究认为,翼龙蛋化石临近孵化完成时,胚胎翅膀发育仍不完善,因此翼龙幼仔要等到发育成熟才会飞,与现今的鸟类和蝙蝠一样。

        英国莱斯特大学等机构研究人员在英国《皇家学会生物学分会学报》上发表论文说,他们利用4种量化方法对翼龙蛋化石进行了更精确的分析,检查胚胎的肢体长度、卵的大小和形状等。结果发现,从骨骼发育等各方面细节来看,翼龙幼仔出壳时,飞行所需的各种条件已经齐备。

        研究人员说,虽然尚无直接证据表明成年翼龙不抚养幼仔,但“与生俱来”的飞行能力意味着“双亲”抚育对翼龙幼仔来说并非必不可少。

  • 吃饭不开心易长胖

        赵炽

        美国俄亥俄州立大学一项研究显示,经常在吃饭时不开心、有负面情绪的人,更易发胖。

        研究人员招募了42对年龄介于24至61岁之间的志愿者。在为期两天的研究中,研究者要求参与者在就餐时,谈论金钱、亲戚关系等最有可能产生冲突的话题。在就餐后的7个小时里,研究者每小时对参与者测量一次能量消耗(即燃烧的热量),每次为时20分钟。同时,对其饭后的血液样本的血糖、胰岛素、甘油三酯含量进行了分析。结果显示,在饭后第一次测量时,有负面情绪的参与者平均每小时燃烧热量比其他人少了31卡,并且其血液中的胰岛素水平比其他参与者平均高出了12%,而胰岛素有助于脂肪的存储导致体重增加。

        研究者指出,如果每天燃烧的热量减少100卡,这样日积月累,一年内就会令其体重增加近10斤。因此吃饭时保持好心情更有益健康。

  • 狗狗“卖萌”

        王信强

        据英国《独立报》报道,凡是喜欢狗狗的人都会发现,当你与其目光对视时,后者经常会扬起内眉,眼睛看上去更大,萌萌的,并略带伤感。有人称这为“卖萌装可怜眼”。

        《美国科学院院报》近日报道,英国朴茨茅斯大学和美国迪凯纳大学科研人员对野狼和家狗的脸部解剖进行了分析,结果发现,狗抬眉毛动作由肌肉驱动,这在其近亲狼身上却不存在。狗类中间唯一没有这块肌肉的是西伯利亚雪橇犬。

        心理学家朱莉亚娜·卡明斯基博士指出,当人类从33000年前起开始对野狼进行驯养后,发现有些狗特别聪明,似乎能看懂人的心思。其目光与主人相视时,只要扬起眉毛,眼睛看上去会显得更大,呆呆傻傻,天真无邪,就会赢得主人好感。这种类似婴儿的眼神,会触发人类的怜悯之心。调查显示,动物收容所中,凡是会出现这种眼神的流浪狗,就会很快被人领养。

        本版部分图片来源:视觉中国