是什么造就了神秘的“胡焕庸线”
——谈谈奇妙的夏季风影响过渡带
来源:中国气象报   发布时间:2020-07-10
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  编者按:
  
1935年,著名的地理经济学家胡焕庸教授提出“黑河—腾冲”线:东侧不到40%的国土面积,分布着96%的人口。这条线也因此被称为“胡焕庸线”。
  我国位于亚洲季风区,受到东亚夏季风影响,其夏季风环流将海洋蒸发的水汽源源不断输送至陆地,并形成了夏季风影响过渡带。
  这个过渡带与神奇的“胡焕庸线”是否有关联?多年以来,“胡焕庸线”东西两侧在降水量、经济、人口等方面是否有变化?
  

张强

  我国是典型的季风气候区,与全球其他季风气候区一样,由于夏季风影响范围所限,在内陆深处存在一个显著的夏季风影响过渡带。这个区域不仅具有奇妙的气候环境特征和独特的陆-气相互作用过程,而且还从根本上决定了我国气候环境空间分布格局,甚至还造就了明显分割我国经济社会水平和人口密度的“胡焕庸线”。

  在当前全面推动我国经济社会高质量发展的形势下,这个神奇的夏季风影响过渡区值得我们高度关注!

  夏季风环流控制着全球陆地干湿变化

  在地球表面,由于海洋与陆地对太阳辐射响应的显著热力差异,夏季大陆上空一般由巨大的热低压控制,而海洋上空由高压控制。由此,会出现由海洋吹向大陆的气流,通常将这种气流或盛行风称为夏季风环流,再加之青藏高原等一些大地形的作用,形成了目前全球季风环流分布格局。

  应该说,夏季风环流是地球上除行星环流外最重要的大气环流,是海洋蒸发的水汽向陆地输送的主要渠道,也是地球水循环的重要动力机制,更是影响全球陆地干湿变化的最关键角色。

  全球至少分布着包括亚洲季风、北非季风、北美季风、澳洲季风、南非季风和南美季风等六个夏季风环流系统,每个季风区系统还可以划分出若干子季风区。比如,亚洲季风区就包括东亚季风与南亚季风两个相互独立的季风子系统。我国是全球夏季风最活跃区域,受东亚夏季风显著影响,夏季风不仅从根本上决定了我国气候分布格局,而且还控制着我国雨带位置变化和旱涝状况。

  夏季风影响过渡带是夏季风系统的前哨

  每年夏季风暴发后,会逐步由沿海向内陆推进,当深入到一定程度后又会向沿海撤退,从而形成一个夏季风年循环过程。

  一般把夏季风前沿到达内陆最深处的位置称为夏季风边缘线。不过,每年夏季风边缘线并不是一条固定不变的线,会有明显的年际和年代际摆动甚至跳跃,其摆动幅度可达10个纬度左右。这种摆动过程很大程度上表现了夏季风的强弱,也决定着向陆地深处输送水汽的程度。

  学术界通常把夏季风边缘线的摆动范围叫“夏季风影响过渡带”。这个过渡带实际上就是夏季风系统的前哨,其降水量受夏季风活动影响最为显著,对夏季风活动的响应也最为敏感。

  我国夏季风影响过渡带分布在由西南向东北斜穿中国大陆中部的漫长区域,地跨四川、甘肃、陕西、宁夏、内蒙古、山西、河北、吉林和黑龙江等11个省(自治区),分布范围广。

  该区域既是夏季风影响的活动地带,也是夏季风系统与西风带系统交汇区,很多时候也是冷暖空气的汇合处,对夏季风强弱变化感知最敏感。夏季风的微弱变化可能牵动该地区气候状态的剧烈波动。该地区降水的不确定性很大,气候的动态性十分明显,是天气系统博弈的关键区和中尺度天气过程的发源地。

  季风影响过渡带奇妙的气候环境特征

  400毫米——气候和生态主要过渡带:

  夏季风影响过渡带不仅是全球由湿润区向干旱区的气候过渡带,也是由阔叶落叶林区向荒漠草原区的生态过渡带。

  该地区年降水量一般在400毫米左右,处于维持生态和农作物生长的气候临界态,生态和农业生产系统对夏季风降水的依赖性很强,陆面特性对夏季风降水变化十分敏感。

  1.53℃——显著气候变暖区

  夏季风影响过渡带气候变暖速率明显高于其他区域,其近百年增温幅度高达1.53℃,显著高于1.13℃的全球平均值。

  我国夏季风影响过渡带的变暖幅度更突出,尤其冬季变暖幅度更高达2.42℃,远远超过欧美冬季变暖程度。

  陆面蒸散气候倾向率的转折区

  陆面增温倾向率在夏季风影响过渡带具有显著转换特征。以过渡带为界,在更湿润区,蒸散量随气温升高呈现增加趋势,而在更干燥区,蒸散却随气温升高呈现减少趋势。

  该区域气温升高直接引起的潜在蒸散力增加机制与气温升高通过蒸散过程造成的土壤水分损失间接抑制蒸散的机制在同时发挥着作用。

  干旱灾害频发区

  夏季风影响过渡带是全球干旱灾害,尤其是极端干旱发生频率最高区。

  在气候变暖背景下,该区域干旱灾害发生频次增加趋势也最为显著,尤其在20世纪90年代以后,干旱次数较之前增加了一倍以上。

  典型气候活动区

  夏季风影响过渡带受干旱化趋势和干旱发生频次双重增加影响,部分半湿润区正在转为半干旱区,部分半干旱区也在转为干旱区,气候类型的地理分布活动性很大。

  “胡焕庸线”重合区

  “胡焕庸线”是我国人口发展水平和经济社会格局的分界线,其东侧分布着我国96%的人口,西侧只分布着4%的人口。经过半个多世纪的发展,西侧人口只增加了2%,东侧仍居住着94%的人口,且经济差距更悬殊。

  这条决定经济社会发展格局的“胡焕庸线”恰恰与我国夏季风过渡区重合。可见,夏季风过渡区不仅是中国气候环境的过渡带,还对中国人口分布和区域发展具有重要约束作用。

  夏季风影响过渡带 独特的陆-气相互作用特征

  首先,大气边界层厚度空间分布陡峭。在季风影响过渡带,对流大气边界层厚度日峰值由干旱区4000米左右的深厚对流边界层陡降至季风湿润区500米左右的浅对流边界层,稳定边界层和残余层也同样呈现出类似陡峭变化特征。这种独特的边界层结构特征,极易激发非典型中尺度环流或局地大气环流的形成,由此进一步影响区域干旱、沙尘暴、局地暴雨和冰雹等灾害性天气气候事件的产生与发展。

  其次,陆面能量通量空间变化剧烈。与过渡区外感热通量空间平缓变化相比,该区域地表能量通量表现出显著的时空变化,热量通量等值线分布十分密集,日平均感热通量大致由东南部的6瓦/平方米骤增至西北部的35瓦/平方米,而潜热通量则大致由东南部的45瓦/平方米骤减至西北边缘的15瓦/平方米,热量通量梯度变化非常剧烈。同时,陆-气耦合度很高。夏季风影响过渡带土壤湿度受降水波动影响很大,地表能量分配随降水波动振荡剧烈,地表蒸散和热量通量与土壤含水量相关性极强,大气状态受陆面性质变化影响很显著,陆-气耦合关系很强,是全球陆-气耦合热点区,这种作用能够显著影响天气气候事件的形成。

  另外,水文、热力和生态之间互馈紧密。夏季风影响过渡带的植被类型及其生长状态对降水和土壤湿度的变化敏感度极高,响应也很快,这会直接影响地表动力和热力因子特性,并且引起空气动力学阻抗、气候阻抗和冠层阻抗的连锁反应,从而造成地表感热通量和潜热通量分配比例的改变,这种变化又会影响近地面气温和蒸散的空间分布,并进一步影响土壤水热特征和降水过程,从而形成独特的水文、热力和生态之间的紧密互馈。

  太多科学奥秘有待揭示

  第一,多个夏季风子系统对过渡带的复合作用。每个夏季风系统都由不同的子系统组成。比如,我国夏季风就由东南季风、西南季风和高原季风等多个夏季风子系统组成,不同夏季风系统的发源地和进退路径不同,影响范围也不同。它们对夏季风影响过渡带的形成有明显的复合性和重叠作用,这就决定了夏季风影响过渡带气候环境特征的复杂性。

  第二,过渡带对多时间尺度夏季风活动的敏感性。夏季风系统一般具有年、年际波动和年代际甚至更长时间尺度变化特征,这种多时间尺度活动特征在夏季风影响过渡带表现得尤为突出,不同时间尺度对该区域气候环境的影响也很不同,往往是多尺度夏季风变化的叠加作用,而且从不同的时间尺度看夏季风影响过渡带的范围和走向的差异也很大。

  第三,夏季风与西风带、大地形对过渡带的耦合作用。我国夏季风影响过渡带不仅处在夏季风与西风带系统的交汇处,也处在青藏高原和秦岭等大地形周边。夏季风过渡带位置不仅与夏季风强弱本身有关,也与西风环流系统甚至青藏高原和秦岭等大地形的限制和动力作用有关,它们都能对过渡带及其气候环境产生复杂影响。

  第四,过渡带陆面生态过程与能量、水分过程之间多途径耦合过程。在过渡带,由于陆面水热特性变化迅速,生态环境十分脆弱,植被生理生态对陆面水、热过程依赖性强,陆面生理生态、能量和水分过程之间的相互作用更为突出,还会通过多种途径形成更紧密的耦合过程,这将影响干旱致灾过程、强对流灾害天气形成和生态环境保护等方方面面。

  第五,夏季风驱动下过渡带陆-气相互作用多重互馈机制。在过渡带,陆面物理要素大都比较活跃而敏感,在许多环节上容易发生连锁反应,往往牵一发动全身。在夏季风驱动下,该区域陆-气相互作用不会是单一的、线性作用过程,而是多链条的、非线性过程,往往存在不同空间和时间尺度甚至尺度交叉的循环反馈机制,这决定了过渡带陆-气相互作用对天气气候影响的多面性。

  第六,过渡带陆面特征对深层大气的影响。过渡带陆面特性时空变化非常显著,陆-气相互作用过程更为强烈,陆面特征变化很多时候会通过多界面交换过程对更深层大气甚至整个对流层产生影响,即使对深层大气影响不如边界层大气显著,但这种影响可能对天气气候的作用更为重要。

  第七,气候变暖背景下过渡带更多非规律性特征。在气候变暖的驱动下,夏季风变化可能打破原来的自然循环规律,并在一定程度上表现出明显的长期趋势,从而使过渡带的陆-气相互作用过程表现出更显著的非常规性动力学特征,并可能成为响应全球气候变暖的重要途径。

  目前而言,对上述问题的科学认识还十分有限,有待我们去揭开其面纱。这些问题不仅是一个重要的基础科学问题,对其深入研究探讨对于提高干旱和强对流等灾害的监测预报能力也具有重要的现实意义。(作者系甘肃省气象局一级巡视员、总工/二级研究员)

微话题:85年来,这条线摆动了吗?

  如今,即便在偏远的西部地区,移动支付也变得普及。这不是一种感觉,是一份名为《数字经济助力中国东西部经济平衡发展——来自于跨越“胡焕庸线”的证据》的研究报告内容。
  报告指出,得益于智能手机的普及和移动互联网的渗透,过去8年,在以资金网络、商业信息网络、物流网络为代表的三大基础服务普及上,东西部地区的差异不断缩小,甚至跨越了传统的“胡焕庸线”。也就是说,数字经济的发展正在慢慢助推这条“胡焕庸线”向西摆动。
  随着西部大开发、城镇化发展和数字技术的全国普惠,2013年至2018年间,“胡焕庸线”东西部两侧的电商数量差距下降了28%;2011年至2018年间,数字金融覆盖广度指数的东西部差异下降了26%;2014年至2018年间,东西部物流到货时间差距缩小了9.25%。数字经济正在帮助中国经济跨越传统的“胡焕庸线”——中国东西部地区发展差距已经连续5年缩小。
  以移动支付为例,无论是在人口稀疏的西部,还是在北上广深一线城市,人们都获得了相同的服务,普惠金融等技术和服务缩小了东西部差异。
  在网购中,仍有包邮区和不包邮区,不包邮区均位于西部地区,也就是这条线的西侧偏远地区。如今,不包邮区域在逐步缩小。物流的效率提升,也为西部地区经济的进一步发展提供了支持。相较于电子支付与网络消费,物流的发展更依赖于实际地理条件与基础设施建设,幅员辽阔且地广人稀的西部地区对物流提出了远超东部的挑战。
  经过物流业近几年的发展,“胡焕庸线”西部的百姓体验到了网购的便捷。目前,全国已有354个城市享受到“当日达”的购物体验,不仅是北上广深,还包括新疆、西藏等地的数十个西部城市。报告显示,从订单支付到包裹签收的时长来看,2014年到2018年,东西部差距缩小了9.25%。(简菊芳)

全球还有哪些重要的季风?

  季风是指近地面层冬、夏风向相反,干湿呈季节性变化的现象。除了熟知的东亚夏季风之外,南亚、赤道非洲、澳大利亚北部等都是季风活跃的地区。
  南亚季风
  南亚季风是指影响亚洲南部(印度半岛和中南半岛以及中国西南地区等地)的季风,其中以印度半岛最为典型。冬季气压带、风带南移,赤道低气压带移至南半球,亚洲大陆冷高压强大,风由蒙古西伯利亚吹向印度,受地转偏向力影响成为东北风,即亚洲南部的冬季风。夏季气压带、风带北移,赤道低气压带移至北半球,本来位于南半球的东南信风北移至印度半岛,受地转偏向力影响成为西南风,即为南亚的夏季风。且由于夏季西南风强于冬季东北风,故有西南季风之称。冬干夏湿是南亚季风的主要气候特征。
  南亚夏季风是打开南亚次大陆雨季的“开关”。每年6月至9月,夏季风将印度洋上空大量的暖湿空气吹至南亚次大陆,造成的降雨可占到其全年总降雨量的70%左右,为世界上超过1/5的人口提供了丰沛的水资源。南亚夏季风的异常变化与旱涝灾害密切相关,直接影响到该地区的工农业生产和社会生活。
  非洲季风
  非洲大陆横跨赤道,其东部在1月份辐射冷却导致在撒哈拉和阿拉伯形成高气压;辐射增热在卡拉哈里沙漠形成热低压,由此发生的南北气压梯度使气流自北向南越过赤道。7月份与1月份相反,辐射冷却的结果使卡拉哈里沙漠成为高压区,而辐射增温的结果使撒哈拉成为低压区。南北气压梯度形成越过赤道的南来气流,最后在南印度洋与东南信风合并,在赤道以北则与西南季风合并;由于涌升的作用,促使它成为的偏南季风要比1月份的偏北季风强一些。
  澳大利亚季风
  由于海陆热力性质差异,澳大利亚冬季盛行东南季风。
  夏季,气压带、风带南移,北半球的东北季风越过赤道,在地转偏向力作用下形成西北风;风从海洋吹向陆地,带来较多降水,形成湿季。
  东亚冬季风
  冬季风是北半球冬季最强的环流系统之一,不仅在亚洲地区气候变化中发挥着重要作用,而且可形成穿赤道气流,影响到澳洲季风,是全球气候系统中连接北半球和南半球气候系统的重要纽带。东亚冬季风主导着东亚的冬季气候,强冬季风往往带来低温、寒潮、冷害、雨雪冰冻等灾害性天气或气候事件。(王玫珏)
  

(来源:《中国气象报》2020年7月10日四版 责任编辑:王美丽)

  

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