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超级干旱,来自南半球的支配

地球知识局 2022/10/26 12:11:38 责编:远生

本文来自微信公众号:地球知识局 (ID:diqiuzhishiju),原文标题:《超级干旱,来自南方的支配!》作者:小哲,制图:巴巴爸爸,校稿:朝乾,编辑:金枪鱼

公元 2 世纪,希腊地理学家托勒密在他的《地理学》中认定:在赤道与南极之间必定存在一块巨大的“未知的南方大陆”,与北半球的大陆保持平衡。在中世纪的抄本中,非洲大陆的南端与“南方大陆”相连,印度洋是一个“内海”。

托勒密的世界地图,世界观的想象部分十足

那时候人们认为季风是由风神吹出来的

(图:维基百科)▼

大航海开始后的几百年里,越过好望角的迪亚士并没有在这里遇到预言的“南方大陆”。在发现南极大陆前,只有在南太平洋,欧洲人才发现一块比预测小很多的荒蛮的“未知大陆”,英国人似乎在安慰自己,便将这里称为澳大利亚(Australia),意为“南方大陆”。

直至 1770 年,詹姆斯・库克船长才将澳大利亚列为英国领土。后来由于美国独立战争的爆发,英国便将原本向美洲流放的罪犯改至澳大利亚。

这块存在度不高,甚至有些不受待见的“南方大陆”,自然条件究竟如何呢?

澳大利亚地形 ▼

干旱的大陆

澳大利亚大陆位于南纬 10 度和 39 度之间,是全球最小的大陆,约为中国八成大小,最南端的塔斯马尼亚岛可以向南延伸至南纬 44 度。

从卫星上来看,澳大利亚的陆面呈现出红色,与火星地表极为相似而异于地球上的其他大陆,整体看来宜居条件确实不太行。

实际上红色部分地区也基本不住人 ▼

造就这样一块红色陆地的关键,在于澳大利亚自身的气候条件。

在气候普遍凉爽的地区,岩石风化主要是由冻结水、温度变化、生命活动等引起的物理过程。但澳洲大陆年降水量不足 250 毫米的地区占到了总面积的 35.9%,平均年降水量是各洲中除南极洲外最少的。这样炎热干燥的气候条件,大量含铁的岩石生锈侵蚀发生的化学风化更为常见。

另外,澳洲在大约 5500 万年前与南极大陆分离后,向北漂移至较低纬度,受第四纪冰期冰川活动的影响较小。这使得风化的氧化铁得以积累数百万年,最终形成厚实且广阔贫瘠的红色沙漠。

如果澳大利亚没有和南极洲分手飘到现在的位置

那么气候可能大不相同(图:维基百科)▼

而澳大利亚这样炎热的气候条件,显然与其所处的纬度位置密切相关 ——

赤道地区太阳高度角较高,一年中接收到的太阳辐射较多,增温快,大气受热上升,在地面形成低气压带。而上升的暖空气在高空向南北两侧辐散,到达南北纬 30 度附近下沉形成南北半球的副热带高压带,地面温度高且压力大,使得高空水汽难以凝结成降水,闷热少雨

澳洲大陆正好对应于南半球副热带高压带下沉气流的控制范围,其上空存在着从西向东横穿大陆的高压系统,表现为逆时针旋转的反气旋。单个反气旋的直径可达 4000 公里,可以在几天内维持准静止状态,使得大陆大部分地区处于晴朗少云的天气,并使得这些区域形成了广阔的干旱沙漠带。

副热带高压上空的反气旋

(图:ABC Weather)▼

特别是 6-9 月,随着太阳直射点北移至北回归线附近,南半球进入冬季,全球行星风带的整体北移,使得副热带高压带位于南纬 30° 和 35° 之间,造成澳大利亚冬季大部分区域更加干燥少雨

从澳大利亚的年平均降水线就可以看出它大致的干湿地带分布 ▼

再加上澳洲的整体地势是两边高中间低,西部辽阔的高原山地,东部高大的大分水岭的阻挡作用,使得中部平原更加缺水,整个大陆大面积的干旱使得澳洲整体的人口规模也仅为 2589 万。

整片澳大利亚并不完全被沙漠占领,在澳大利亚北部、东部、西南部的沿海地带都存在着面积不小的绿色,许多繁华的城市就坐落在此,而这些正是环抱这块大陆的海洋的馈赠。

来自北方的馈赠

当赤道的上升气流到达副热带高压带下沉后,近地面积聚的气流回流至赤道,在地球自转的作用下在北半球和南半球分别形成东北信风和东南信风。两股信风在赤道地区辐合上升,并在这里形成赤道辐合带

赤道辐合带在实际情况中,会随着季节在赤道线摇摆

(图:维基百科)▼

每年 12 月到次年 2 月,南半球进入夏季,副热带高压带向南移动到南纬 35° 和 40° 之间,赤道辐合带随之向南推进,北半球的东北信风也越过赤道偏转为西北风。

再加上由于海陆热力性质差异,大陆地面增温较快形成热低压,气流辐合作用,最终形成了来自北方海洋上的强劲季风,给澳洲大陆北部带来丰沛的降水。

但除了季风的影响外,这片被海洋环绕的小小陆地,还受到了海洋更加深刻的直接影响。

温暖的南赤道流从珊瑚海向东南流,穿过大堡礁和切斯特菲尔德礁之间,在澳大利亚昆士兰州东南部沿岸形成东澳大利亚流,在海浪和风的共同作用下堆积出世界上最大的沙岛 —— 弗雷泽岛。

在此之后,洋流沿着澳大利亚大陆东海岸,在昆士兰州东南部、新南威尔士州北部加强后,向南直达塔斯曼海。

由于地球自转造成的西向强化效应,东澳暖流每秒可以输送 3000 万立方米的海水,并在一条宽 100 公里、深 500 米的带状区域内流动,使其成为澳大利亚周边最强的洋流。洋流在南半球的夏季最强,冬季则减弱。

电影《海底总动员》中,正是这条东澳大利亚流帮助马林前往悉尼去寻找儿子尼莫。而在现实中,许多北方热带的鱼类诸如金枪鱼也正是借着洋流向南的。虽然本身作为暖流,东澳大利亚流携带的营养物质很少,但是深刻影响着珊瑚海、塔斯曼海的海洋生物多样性。

同为金枪鱼,东澳出现的通常为南方蓝鳍金枪鱼

和小编的大西洋蓝鳍金枪鱼(北方蓝鳍金枪鱼)

同属不同种,北方比较帅(上北下南)▼

东澳大利亚流输送了大量的暖水南下,再加上澳大利亚东部的大分水岭的抬升阻挡作用,给澳洲东海岸截留了暖流带来的丰沛水汽。

宜人的气候使得这里成为澳大利亚人口最多的地区,也是游客最常光顾的地区,澳洲前三大城市 —— 悉尼、墨尔本和布里斯班都坐落于此。

与此同时,在澳洲大陆的另一侧的西南海岸,另一支南下的暖流带来的温暖湿润的气候,造就了澳大利亚的第四大城市 —— 珀斯

在全球同纬度的大陆西岸来看,非洲大陆东侧和南美洲大陆东侧的本格拉寒流和秘鲁寒流,造就的都是干旱异常的纳米布沙漠和阿塔卡马沙漠,这一支温暖湿润的洋流又是从何而来的呢?

世界沙漠分布,横屏观看 ▼

这还得从澳大利亚北侧的海域说起。在热带盛行的信风吹拂下,太平洋表层温暖的赤道流一路向西,在印度尼西亚群岛一带受阻堆积,形成全球范围内面积最大、温度最高的暖水体 —— 西太平洋暖池。这其中一部分洋流可以通过印尼群岛间的海道进入印度洋,称为印度尼西亚贯穿流。

这里是全球唯一一处赤道暖水可以从一个大洋

流向另一个大洋的区域(图:汪嘉宁,2017)▼

在热带印度洋与热带大西洋、热带大西洋与太平洋之间,赤道暖流都被大陆阻隔,因此造就了南印度洋一些与众不同的特点。

西太平洋暖池堆积的暖水通过印尼贯穿流来到了印度洋,一部分可以沿着西澳大利亚海岸向南流动,到达卢因角后折向东南,沿着大澳大利亚湾,并作为齐恩洋流到达塔斯马尼亚岛的西海岸。

在卢因角这个灯塔上,你可以看到印度洋和南大洋

1897 年,威廉・萨维尔・肯特对阿布罗霍斯群岛的海洋动植物进行调查时发现,这里冬天的海水比邻近海岸的近海温暖得多,提出近海可能存在温暖的热带海水。

直到 20 世纪 70 年代卫星技术出现之后,南向流的存在才最终被证实,并且一直到 80 年代,克雷斯韦尔和戈尔丁才将这条洋流命名为卢因海流

卢因海流为西澳大利亚带来热带印度洋的温暖海水

(图:Catia M. Domingues, 2007)▼

卢因海流使得西南澳大利亚形成了温和的气候,使得这里每年的降水量约为 1250 毫米。

在 11 月至次年 3 月南半球进入夏季后,赤道辐合带此时位于澳洲大陆北部,迫使西岸形成了向北的强劲南风,极大削弱了南下的洋流。而在冬季和秋季,随着南风减弱,卢因海流也随之增强,给澳洲西南部地区带来降雨。

来自北方的季风和两支洋流给澳大利亚带来了珍贵的水汽和宜人的气候,而从澳大利亚向南,还存在着更加强大的力量支配着这块大陆。

来自南方的支配

在南半球,副热带高压带从东向西几乎环绕一圈,由于其反气旋的特征也被称为副热带高压脊,高压脊南侧对应着便是强烈的盛行西风带。在强劲的西风驱动下形成的南极绕极流,也被称为西风漂流

南极绕极流就像一道结界,让暖流远离南极洲大陆 ▼

这里的西风特别强,以至于南大洋上的纬度被航海家们称为“咆哮四十度”(Roaring Forties)、“狂暴五十度”(Furious Fifties)、“尖叫六十度”(Screaming sixties)。

南极绕极流是唯一一支完整围绕地球的海流,这是因为南半球的高纬度地区没有陆地存在,它遇到的最大的限制仅有宽度约为 1000 千米的世界上最宽阔的海峡 —— 德雷克海峡。

虽然南极绕极流的流速并不快,最大表层速度约为 0.75m / s, 但其平均输送量约为 1.3 亿立方米,比其他任何一支表层流的输送量都大。

强劲的南极绕极流在进入南印度洋后,在地转偏向力的影响下,向北运动形成了西澳大利亚流,几乎占据了整个东南印度洋,大约在南纬 20° 左右就汇入了南赤道暖流。

南极绕极流也通过水交换参与着全球洋流循环

在全球气候都发挥着强大的影响力 ▼

而澳大利亚大陆西侧的陆地海岸线长度较短并往西凸出,使得洋流流动距离很短,远远短于同纬度本格拉寒流和秘鲁寒流,所以西澳大利亚流的水温比它们两者要高 4℃至 6℃。这也使得它成为了世界主要寒流中最弱小的一支。

又因为向南流动的卢因海流的存在,以及西澳寒流本身较弱,使得其难以到达澳大利亚海岸。所以实际上,澳大利亚大陆周边很多区域都被暖流包裹住,寒流难以深入影响澳大利亚的气候。

由于澳大利亚独特的地理位置

对于澳洲大陆气候影响因素的研究一向不少 ▼

继续向南穿过环绕的西风带,是以南极大陆为中心的高纬地区,这里的气压与中纬度 40-50 度的大部分区域的变化呈现出“翘翘板”的形式。

这一现象最早于 1998 年由我国大气科学家龚道溢发现并命名为“南极涛动”。由于这一模态纬向的特征明显,气压的变化大都平行于纬圈,也被称为南半球环状模

南极涛动在南半球的夏、冬两季都分别有两种模式 ▼

这一模态的正负位相变化引起西风带和高压脊的南北移动,极大影响了澳大利亚的气候情况:

在冬季,西风带的北侧位于澳大利亚南部,冷锋从南部海上形成后,可以沿着西风带穿过澳大利亚海岸,带来正常的冬季降雨。

当南半球环状模处于强烈的正位相时,西风带异常偏南,降雨系统随之南移,使得南澳大利亚更加干燥。强西风带的退却使得东部沿岸的暖湿空气可以向南,给这片区域带来更多的降水。

但当环状模处于较强的负位相时,西风异常偏北使得南部偏冷,并给澳大利亚的阿尔卑斯山一带(注:澳大利亚也有一个阿尔卑斯山)带来更多的降雪。异常偏北的西风将会吹过整个大陆,西部将接收更多海洋上的水汽,降水增多,但到达东海岸时水汽已经耗尽,造成东部的干旱。

而在夏季,副热带高压脊南移,西风带基本移动到了海上。当南半球环状模处于负位相时,高压脊异常偏北,使得澳大利亚东部更加干燥,北部和中部容易出现极端高温天气。而正位相使得高压脊异常偏南将会使得东海岸更加湿润。

澳洲大陆的气候条件并不仅仅只受到这些南北的系统的影响,但总体来看正是在大气、海洋的共同塑造下,澳洲大陆才形成了现在的模样。

真实情况显然比上述理论更加复杂,2020 年初极端高温事件造成的山火使得澳大利亚受到全世界的关注,而未来气候变化带来的更多不确定性也将使“南方大陆”面临着更多的挑战。

参考网站及文献:

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  • 3.https://phdessay.com/the-leeuwin-current/

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  • 6.https://oceanservice.noaa.gov/facts/roaring-forties.html

  • 7.https://www.imosoceanreport.org.au/time-series/environment/current-variability/

  • 8.https://www.geographynotes.com/wp-content/uploads/2017/03/clip_image002-79.jpg

  • 9.https://www.nesdis.noaa.gov/news/why-does-australia-look-red-space

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  • 11.https:// www.bom.gov.au/climate/sam

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  • 16.龚道溢,王绍武.南极涛动 [J].科学通报,1998 (03):296-301.

  • 17.李晓峰.环状模概念 [J].地球科学进展,2015,30 (03):367-384.

* 本文内容为作者提供,不代表地球知识局立场 

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关键词:地理澳洲

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