是什麼造就了神秘的「胡煥庸線」

2020-12-04 中國氣象局

  編者按:
  
1935年,著名的地理經濟學家胡煥庸教授提出「黑河—騰衝」線:東側不到40%的國土面積,分布著96%的人口。這條線也因此被稱為「胡煥庸線」。
  我國位於亞洲季風區,受到東亞夏季風影響,其夏季風環流將海洋蒸發的水汽源源不斷輸送至陸地,並形成了夏季風影響過渡帶。
  這個過渡帶與神奇的「胡煥庸線」是否有關聯?多年以來,「胡煥庸線」東西兩側在降水量、經濟、人口等方面是否有變化?
  

張強

  我國是典型的季風氣候區,與全球其他季風氣候區一樣,由於夏季風影響範圍所限,在內陸深處存在一個顯著的夏季風影響過渡帶。這個區域不僅具有奇妙的氣候環境特徵和獨特的陸-氣相互作用過程,而且還從根本上決定了我國氣候環境空間分布格局,甚至還造就了明顯分割我國經濟社會水平和人口密度的「胡煥庸線」。

  在當前全面推動我國經濟社會高質量發展的形勢下,這個神奇的夏季風影響過渡區值得我們高度關注!

  夏季風環流控制著全球陸地乾濕變化

  在地球表面,由於海洋與陸地對太陽輻射響應的顯著熱力差異,夏季大陸上空一般由巨大的熱低壓控制,而海洋上空由高壓控制。由此,會出現由海洋吹向大陸的氣流,通常將這種氣流或盛行風稱為夏季風環流,再加之青藏高原等一些大地形的作用,形成了目前全球季風環流分布格局。

  應該說,夏季風環流是地球上除行星環流外最重要的大氣環流,是海洋蒸發的水汽向陸地輸送的主要渠道,也是地球水循環的重要動力機制,更是影響全球陸地乾濕變化的最關鍵角色。

  全球至少分布著包括亞洲季風、北非季風、北美季風、澳洲季風、南非季風和南美季風等六個夏季風環流系統,每個季風區系統還可以劃分出若干子季風區。比如,亞洲季風區就包括東亞季風與南亞季風兩個相互獨立的季風子系統。我國是全球夏季風最活躍區域,受東亞夏季風顯著影響,夏季風不僅從根本上決定了我國氣候分布格局,而且還控制著我國雨帶位置變化和旱澇狀況。

  夏季風影響過渡帶是夏季風系統的前哨

  每年夏季風暴發後,會逐步由沿海向內陸推進,當深入到一定程度後又會向沿海撤退,從而形成一個夏季風年循環過程。

  一般把夏季風前沿到達內陸最深處的位置稱為夏季風邊緣線。不過,每年夏季風邊緣線並不是一條固定不變的線,會有明顯的年際和年代際擺動甚至跳躍,其擺動幅度可達10個緯度左右。這種擺動過程很大程度上表現了夏季風的強弱,也決定著向陸地深處輸送水汽的程度。

  學術界通常把夏季風邊緣線的擺動範圍叫「夏季風影響過渡帶」。這個過渡帶實際上就是夏季風系統的前哨,其降水量受夏季風活動影響最為顯著,對夏季風活動的響應也最為敏感。

  我國夏季風影響過渡帶分布在由西南向東北斜穿中國大陸中部的漫長區域,地跨四川、甘肅、陝西、寧夏、內蒙古、山西、河北、吉林和黑龍江等11個省(自治區),分布範圍廣。

  該區域既是夏季風影響的活動地帶,也是夏季風系統與西風帶系統交匯區,很多時候也是冷暖空氣的匯合處,對夏季風強弱變化感知最敏感。夏季風的微弱變化可能牽動該地區氣候狀態的劇烈波動。該地區降水的不確定性很大,氣候的動態性十分明顯,是天氣系統博弈的關鍵區和中尺度天氣過程的發源地。

  季風影響過渡帶奇妙的氣候環境特徵

  400毫米——氣候和生態主要過渡帶:

  夏季風影響過渡帶不僅是全球由溼潤區向乾旱區的氣候過渡帶,也是由闊葉落葉林區向荒漠草原區的生態過渡帶。

  該地區年降水量一般在400毫米左右,處於維持生態和農作物生長的氣候臨界態,生態和農業生產系統對夏季風降水的依賴性很強,陸面特性對夏季風降水變化十分敏感。

  1.53℃——顯著氣候變暖區

  夏季風影響過渡帶氣候變暖速率明顯高於其他區域,其近百年增溫幅度高達1.53℃,顯著高於1.13℃的全球平均值。

  我國夏季風影響過渡帶的變暖幅度更突出,尤其冬季變暖幅度更高達2.42℃,遠遠超過歐美冬季變暖程度。

  陸面蒸散氣候傾向率的轉折區

  陸面增溫傾向率在夏季風影響過渡帶具有顯著轉換特徵。以過渡帶為界,在更溼潤區,蒸散量隨氣溫升高呈現增加趨勢,而在更乾燥區,蒸散卻隨氣溫升高呈現減少趨勢。

  該區域氣溫升高直接引起的潛在蒸散力增加機制與氣溫升高通過蒸散過程造成的土壤水分損失間接抑制蒸散的機制在同時發揮著作用。

  乾旱災害頻發區

  夏季風影響過渡帶是全球乾旱災害,尤其是極端乾旱發生頻率最高區。

  在氣候變暖背景下,該區域乾旱災害發生頻次增加趨勢也最為顯著,尤其在20世紀90年代以後,乾旱次數較之前增加了一倍以上。

  典型氣候活動區

  夏季風影響過渡帶受乾旱化趨勢和乾旱發生頻次雙重增加影響,部分半溼潤區正在轉為半乾旱區,部分半乾旱區也在轉為乾旱區,氣候類型的地理分布活動性很大。

  「胡煥庸線」重合區

  「胡煥庸線」是我國人口發展水平和經濟社會格局的分界線,其東側分布著我國96%的人口,西側只分布著4%的人口。經過半個多世紀的發展,西側人口只增加了2%,東側仍居住著94%的人口,且經濟差距更懸殊。

  這條決定經濟社會發展格局的「胡煥庸線」恰恰與我國夏季風過渡區重合。可見,夏季風過渡區不僅是中國氣候環境的過渡帶,還對中國人口分布和區域發展具有重要約束作用。

  夏季風影響過渡帶 獨特的陸-氣相互作用特徵

  首先,大氣邊界層厚度空間分布陡峭。在季風影響過渡帶,對流大氣邊界層厚度日峰值由乾旱區4000米左右的深厚對流邊界層陡降至季風溼潤區500米左右的淺對流邊界層,穩定邊界層和殘餘層也同樣呈現出類似陡峭變化特徵。這種獨特的邊界層結構特徵,極易激發非典型中尺度環流或局地大氣環流的形成,由此進一步影響區域乾旱、沙塵暴、局地暴雨和冰雹等災害性天氣氣候事件的產生與發展。

  其次,陸面能量通量空間變化劇烈。與過渡區外感熱通量空間平緩變化相比,該區域地表能量通量表現出顯著的時空變化,熱量通量等值線分布十分密集,日平均感熱通量大致由東南部的6瓦/平方米驟增至西北部的35瓦/平方米,而潛熱通量則大致由東南部的45瓦/平方米驟減至西北邊緣的15瓦/平方米,熱量通量梯度變化非常劇烈。同時,陸-氣耦合度很高。夏季風影響過渡帶土壤溼度受降水波動影響很大,地表能量分配隨降水波動振蕩劇烈,地表蒸散和熱量通量與土壤含水量相關性極強,大氣狀態受陸面性質變化影響很顯著,陸-氣耦合關係很強,是全球陸-氣耦合熱點區,這種作用能夠顯著影響天氣氣候事件的形成。

  另外,水文、熱力和生態之間互饋緊密。夏季風影響過渡帶的植被類型及其生長狀態對降水和土壤溼度的變化敏感度極高,響應也很快,這會直接影響地表動力和熱力因子特性,並且引起空氣動力學阻抗、氣候阻抗和冠層阻抗的連鎖反應,從而造成地表感熱通量和潛熱通量分配比例的改變,這種變化又會影響近地面氣溫和蒸散的空間分布,並進一步影響土壤水熱特徵和降水過程,從而形成獨特的水文、熱力和生態之間的緊密互饋。

  太多科學奧秘有待揭示

  第一,多個夏季風子系統對過渡帶的複合作用。每個夏季風系統都由不同的子系統組成。比如,我國夏季風就由東南季風、西南季風和高原季風等多個夏季風子系統組成,不同夏季風系統的發源地和進退路徑不同,影響範圍也不同。它們對夏季風影響過渡帶的形成有明顯的複合性和重疊作用,這就決定了夏季風影響過渡帶氣候環境特徵的複雜性。

  第二,過渡帶對多時間尺度夏季風活動的敏感性。夏季風系統一般具有年、年際波動和年代際甚至更長時間尺度變化特徵,這種多時間尺度活動特徵在夏季風影響過渡帶表現得尤為突出,不同時間尺度對該區域氣候環境的影響也很不同,往往是多尺度夏季風變化的疊加作用,而且從不同的時間尺度看夏季風影響過渡帶的範圍和走向的差異也很大。

  第三,夏季風與西風帶、大地形對過渡帶的耦合作用。我國夏季風影響過渡帶不僅處在夏季風與西風帶系統的交匯處,也處在青藏高原和秦嶺等大地形周邊。夏季風過渡帶位置不僅與夏季風強弱本身有關,也與西風環流系統甚至青藏高原和秦嶺等大地形的限制和動力作用有關,它們都能對過渡帶及其氣候環境產生複雜影響。

  第四,過渡帶陸面生態過程與能量、水分過程之間多途徑耦合過程。在過渡帶,由於陸面水熱特性變化迅速,生態環境十分脆弱,植被生理生態對陸面水、熱過程依賴性強,陸面生理生態、能量和水分過程之間的相互作用更為突出,還會通過多種途徑形成更緊密的耦合過程,這將影響乾旱致災過程、強對流災害天氣形成和生態環境保護等方方面面。

  第五,夏季風驅動下過渡帶陸-氣相互作用多重互饋機制。在過渡帶,陸面物理要素大都比較活躍而敏感,在許多環節上容易發生連鎖反應,往往牽一髮動全身。在夏季風驅動下,該區域陸-氣相互作用不會是單一的、線性作用過程,而是多鏈條的、非線性過程,往往存在不同空間和時間尺度甚至尺度交叉的循環反饋機制,這決定了過渡帶陸-氣相互作用對天氣氣候影響的多面性。

  第六,過渡帶陸面特徵對深層大氣的影響。過渡帶陸面特性時空變化非常顯著,陸-氣相互作用過程更為強烈,陸面特徵變化很多時候會通過多界面交換過程對更深層大氣甚至整個對流層產生影響,即使對深層大氣影響不如邊界層大氣顯著,但這種影響可能對天氣氣候的作用更為重要。

  第七,氣候變暖背景下過渡帶更多非規律性特徵。在氣候變暖的驅動下,夏季風變化可能打破原來的自然循環規律,並在一定程度上表現出明顯的長期趨勢,從而使過渡帶的陸-氣相互作用過程表現出更顯著的非常規性動力學特徵,並可能成為響應全球氣候變暖的重要途徑。

  目前而言,對上述問題的科學認識還十分有限,有待我們去揭開其面紗。這些問題不僅是一個重要的基礎科學問題,對其深入研究探討對於提高幹旱和強對流等災害的監測預報能力也具有重要的現實意義。(作者系甘肅省氣象局一級巡視員、總工/二級研究員)

微話題:85年來,這條線擺動了嗎?

  如今,即便在偏遠的西部地區,行動支付也變得普及。這不是一種感覺,是一份名為《數字經濟助力中國東西部經濟平衡發展——來自於跨越「胡煥庸線」的證據》的研究報告內容。
  報告指出,得益於智慧型手機的普及和移動網際網路的滲透,過去8年,在以資金網絡、商業信息網絡、物流網絡為代表的三大基礎服務普及上,東西部地區的差異不斷縮小,甚至跨越了傳統的「胡煥庸線」。也就是說,數字經濟的發展正在慢慢助推這條「胡煥庸線」向西擺動。
  隨著西部大開發、城鎮化發展和數位技術的全國普惠,2013年至2018年間,「胡煥庸線」東西部兩側的電商數量差距下降了28%;2011年至2018年間,數字金融覆蓋廣度指數的東西部差異下降了26%;2014年至2018年間,東西部物流到貨時間差距縮小了9.25%。數字經濟正在幫助中國經濟跨越傳統的「胡煥庸線」——中國東西部地區發展差距已經連續5年縮小。
  以行動支付為例,無論是在人口稀疏的西部,還是在北上廣深一線城市,人們都獲得了相同的服務,普惠金融等技術和服務縮小了東西部差異。
  在網購中,仍有包郵區和不包郵區,不包郵區均位於西部地區,也就是這條線的西側偏遠地區。如今,不包郵區域在逐步縮小。物流的效率提升,也為西部地區經濟的進一步發展提供了支持。相較於電子支付與網絡消費,物流的發展更依賴於實際地理條件與基礎設施建設,幅員遼闊且地廣人稀的西部地區對物流提出了遠超東部的挑戰。
  經過物流業近幾年的發展,「胡煥庸線」西部的百姓體驗到了網購的便捷。目前,全國已有354個城市享受到「當日達」的購物體驗,不僅是北上廣深,還包括新疆、西藏等地的數十個西部城市。報告顯示,從訂單支付到包裹籤收的時長來看,2014年到2018年,東西部差距縮小了9.25%。(簡菊芳)

全球還有哪些重要的季風?

  季風是指近地面層冬、夏風向相反,乾濕呈季節性變化的現象。除了熟知的東亞夏季風之外,南亞、赤道非洲、澳大利亞北部等都是季風活躍的地區。
  南亞季風
  南亞季風是指影響亞洲南部(印度半島和中南半島以及中國西南地區等地)的季風,其中以印度半島最為典型。冬季氣壓帶、風帶南移,赤道低氣壓帶移至南半球,亞洲大陸冷高壓強大,風由蒙古西伯利亞吹向印度,受地轉偏向力影響成為東北風,即亞洲南部的冬季風。夏季氣壓帶、風帶北移,赤道低氣壓帶移至北半球,本來位於南半球的東南信風北移至印度半島,受地轉偏向力影響成為西南風,即為南亞的夏季風。且由於夏季西南風強於冬季東北風,故有西南季風之稱。冬幹夏溼是南亞季風的主要氣候特徵。
  南亞夏季風是打開南亞次大陸雨季的「開關」。每年6月至9月,夏季風將印度洋上空大量的暖溼空氣吹至南亞次大陸,造成的降雨可佔到其全年總降雨量的70%左右,為世界上超過1/5的人口提供了豐沛的水資源。南亞夏季風的異常變化與旱澇災害密切相關,直接影響到該地區的工農業生產和社會生活。
  非洲季風
  非洲大陸橫跨赤道,其東部在1月份輻射冷卻導致在撒哈拉和阿拉伯形成高氣壓;輻射增熱在卡拉哈裡沙漠形成熱低壓,由此發生的南北氣壓梯度使氣流自北向南越過赤道。7月份與1月份相反,輻射冷卻的結果使卡拉哈裡沙漠成為高壓區,而輻射增溫的結果使撒哈拉成為低壓區。南北氣壓梯度形成越過赤道的南來氣流,最後在南印度洋與東南信風合併,在赤道以北則與西南季風合併;由於湧升的作用,促使它成為的偏南季風要比1月份的偏北季風強一些。
  澳大利亞季風
  由於海陸熱力性質差異,澳大利亞冬季盛行東南季風。
  夏季,氣壓帶、風帶南移,北半球的東北季風越過赤道,在地轉偏向力作用下形成西北風;風從海洋吹向陸地,帶來較多降水,形成溼季。
  東亞冬季風
  冬季風是北半球冬季最強的環流系統之一,不僅在亞洲地區氣候變化中發揮著重要作用,而且可形成穿赤道氣流,影響到澳洲季風,是全球氣候系統中連接北半球和南半球氣候系統的重要紐帶。東亞冬季風主導著東亞的冬季氣候,強冬季風往往帶來低溫、寒潮、冷害、雨雪冰凍等災害性天氣或氣候事件。(王玫珏)
  

(來源:《中國氣象報》2020年7月10日四版 責任編輯:王美麗)

  

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