大西北为什么异常干旱？｜魏科 一席第771位讲者

源济

如果我们把喜马拉雅山炸开一个大口子，会不会让整个西北变成鱼米之乡？ | 魏科 一席第771位讲者

Original 魏科 一席  2021-06-07

魏科，中国科学院大气物理研究所副研究员。

喜马拉雅山的迎风坡是世界上降水量最多的地方，年降水量超过1万毫米，就是10米左右的降水量。而到了喜马拉雅山的北边，整个一片荒芜，完全是荒漠的样子。

一席 魏科：大西北为什么异常干旱.mp3From 一席00:0036:25

大西北为什么异常干旱？

2020.6.6 北京

                          

大家好，我是魏科，来自中国科学院大气物理研究所。大气物理所的前身是民国时期的中央研究院气象研究所，首任所长是竺可桢先生，所以关于中国气候的研究，从那时候到现在已经有了90多年的历史。

 

我们大气物理研究所在距离敦煌市区大概200公里的戈壁滩里面有一个观测站，这个观测站周围非常干旱，前几天是这样。

5月24号，这个戈壁的观测站迎来了今年的第N次沙尘暴，N是一个比较大的数字。

 

如果再过几天，等到夏天，风速会减小一点，那么它很大可能是这样的。

大家可以看出来，无论是春天还是夏天，不管我们东部地区多么绿意盎然，这个地方似乎永远都是一片荒芜，非常非常干旱。

 

我这边做几个比较，比如我们很多人都知道，延安、榆林这些地方是在黄土高原上面，似乎都是比较干旱的地区。但是实际上从年平均降水量上我们就可以看出来，左上这张图是延安的降水量，年平均值500多毫米。北京的年均降水量接近600毫米，所以延安跟北京其实没有太大的差别。

 

但是我们比较看看就知道，敦煌的年降水量在40毫米左右，还不到东部地区一天的降水量，东部地区一场暴雨达到100毫米都是很正常的现象。再看一看，银川193毫米，西宁387毫米，乌鲁木齐270毫米，这些地方都非常干旱。

 

最近有些人可能看到一个新闻，说陕北的毛乌素沙漠现在似乎快要消失了。但实际上像毛乌素这种地方的年平均降水量还能接近400毫米，那些地方的生态恢复是可能的。而敦煌年降水量不到50毫米，要想这些地方变成一片绿意盎然的地方，基本上是不可能的。

如果想了解中国的气候，其实很简单，你从东北画一条线，画到西南，基本上可以把中国分成两个部分。

 

东南部地区是我国的鱼米之乡，人口比较多，经济比较活跃，降水非常多。而西北整个地区比较干燥，经济活跃度不如东部地区。这就是一个非常典型的气候分界线，这个气候分界线经常也被称作“胡焕庸线”，基本上是沿着年均降水量400毫米的分界线在走。

 

如果把分界线再往西推一点，我们会发现有一个区域的年平均降水量最多不超过200毫米，就在这个橙色的区域里面。

▲ 年均降水量

而比较一下我国华南地区降水量，年平均降水量经常能达到1600毫米，这个差距非常大。

降水少也就罢了，这个地方的蒸发量非常大。一年四季基本上没有什么阴云天气，太阳直射，非常适合蒸发，所以年蒸发量非常大，基本上是在1000毫米以上。

 

▲ 年均潜在蒸发量

在敦煌等等这些我用红色圈出来的地方，蒸发量甚至接近2000毫米。那么我们想想水的平衡——降水200毫米，可是有可能蒸发掉2000毫米，这个地方不干旱才怪。

 

为什么这个地方这么干旱？实际上原因很简单，这个地方在地理上身处内陆，缺乏水汽，水汽要从海洋上过来，但它距离哪个大洋都非常遥远。

 

如果我们要在地球上找一个地方，它与海洋的距离加起来最远，我猜想一定是在西北地区。无论是距离东边的太平洋，南边的印度洋，西边的大西洋，还是北边的北冰洋，都非常遥远。所以即使有水汽的流动，大气环流，它也到不了这中间来。

 

我们做了这样一个数值模拟，假如只有陆地，但没有青藏高原，没有帕米尔高原，没有这些地形的阻隔，模拟出来的气候也是这样，中亚地区降水非常少。

 

这个箭头表示的是风向，意味着水汽的输送方向。我们看从印度洋来的水汽不会直接往北走，它走着走着就往东拐了，拐到了我们国家的东部地区。

 

另外一个原因，我们气象上称为焚风效应。地球上的水汽分布满足比较简单的物理规律，我们称之为克拉伯龙-克劳修斯方程，温度越高、距离地面越近的地方，空气中可以容纳更多的水汽；而温度越低、距离地面越高的地方，大气中的水汽含量就越低。

 

如果有一座山，在山的迎风坡这一面，风带着水汽过来，然后逐渐爬升。在爬升的过程中，空气的温度逐渐降低，很快就会凝结形成降雨，这时候就在迎风坡形成降水。

 

因为在翻山的过程中已经把水降了出来，翻过山之后就变成了干空气。所以我们能看到，在迎风坡的地方，一般都非常湿润，而在背风坡的地方经常会形成干热的河谷。

我国整个西北地区周围全是山，南边青藏高原，西边帕米尔高原、天山，北边也是山，东边离海非常非常遥远，所以如果有气流翻山，不管你从哪儿来的，到那地方一定会变干。

假如气流从印度洋北上，进入西北，那么你可以想想它要翻过哪些山——喜马拉雅山脉、冈底斯山脉、唐古拉山脉、喀喇昆仑山脉。这一系列的山脉翻过来，每一座山就像一个脱水机。

 

气流直接冲向云霄6000多米的高度，在翻山的过程中不断脱水，残留着的一点水汽在经过下一个山脉的时候再继续脱一遍，直到到达西北，它变得非常干燥，再没有任何水汽可以降落下来。

 

另外一方面还有大气环流的作用。假如我们的海陆分布不发生变化，一边是亚欧大陆，一边是太平洋，南边是青藏高原，这个时候在西北这个地方的高空一定会形成一个高压中心，就像我在图里面给出的深色的区域。

在高压区域所在的地方，空气是下沉的，而下沉的时候会容易让云消散掉，并且下沉会形成增温，所以那个地方哪怕是有点云，也会在下沉的过程中消散掉，变成无云的天气。所以西北地区基本上是我们国家阳光辐射最强的，太阳能资源最丰富的区域。

 

那么这几点结合起来，远离海洋、深处内陆、周围都是高山——形成高山之后的焚风效应，让这个地方变得非常干燥。

 

我们来比较一下，这张图是沿着喜马拉雅山脉的南北，我们能看到在喜马拉雅山的南部，是一片绿色的国度。整个中南半岛，还有南亚，都非常湿润，并且降水量非常高。

▲ 喜马拉雅山脉南北

喜马拉雅山的迎风坡是世界上降水量最多的地方，年降水量超过1万毫米，就是10米左右的降水量。而到了喜马拉雅山的北边，整个一片荒芜，完全是荒漠的样子。

另外看看天山的南北对比，在天山的迎风坡这一面能看得出它比较湿润，而在背风坡这一面非常干燥，一片荒芜。

 

▲ 天山山脉南北

如果再把全国的地形和降水做一个匹配，我们就可以看出来，我们国家东部的降水，水汽来自太平洋，太平洋的水汽在西进的过程中，首先在华南的南岭、岭南和武夷山以南这个区域形成降水。这些地方的年均降水量能达到1600毫米。

 

经过南岭和武夷山这一系列高低起伏的山脉脱水之后，到了长江流域，年均降水量就降低到1000~1200毫米。南岭的这些山脉都不是特别高，最高才有几百米，就可以达到这样的脱水效果。

 

然后从我们国家的一级台阶向二级台阶往西进的时候，要越过巫山、云贵高原，还有太行山脉。经过这一系列的山脉脱水之后，到了陕西、山西这些地方，年均降水量就降低到500~700毫米。

 

大家注意，即使到了这个地方，降水量降到500和700，我们还没有遇到特别像样的高山，比如五岳里面最高的华山海拔只有2000多米，还不到青藏高原的半山腰，因为青藏高原的地面高度平均都在4500米以上。大家可以想象这个水汽再往西，经过一系列的山脉，它会变得多么干燥。

西北干旱的历史有多久？

西北它不是现在才变得这么干燥的，如果看西北的历史，我们就知道这个地方干燥的历史非常漫长。我们知道新疆很多地方有煤有石油，说明这个地方以前生态条件非常好，原来可能有森林、湖底。

实际上这个地方在历史上是一个叫做副特提斯海的地方，这个海逐渐萎缩，就变成了现在的地中海，而西部地区又慢慢地从沿海地区退缩变成内陆地区。

那个地方变得干燥起来之后，刮风就会把地面的土壤刮出来，然后在其他地方落下来，形成了我们国家面积非常大的黄土高原。所以考察黄土高原的历史有多长，我们就可以知道西北干旱的历史有多长。以现在的研究认为，黄土高原大概已经有了2200万年的历史，所以西北的干旱也有这么长的历史。

随着喜马拉雅山的隆起，随着整个青藏高原的隆起，整个西北变得更加干燥。科学家做过的一些数值模拟印证了这个过程。

比如我们假定只有陆地，没有青藏高原和整个帕米尔高原，我们让海拔逐渐增加，青藏高原的规模逐渐增大，海拔逐渐增高，高度只有现在高度的20%、40%、60%、80%，然后我们模拟它的气候。

 

就发现在青藏高原的隆起过程中，红色圈所画的中亚和我国西北地区的降水量逐渐在减少，而南部地区的降水量逐渐在增多。也就是说那个地方本来就处于内陆地区，非常干燥，而青藏高原的隆起让那个地方的降水量更加减少，变得更加干燥。

 

把喜马拉雅山炸开一个大口子

那么很多人就在想，如果我把青藏高原或者喜马拉雅山炸开一个大口子，把水汽放进去，会不会让整个青藏高原和整个西北的气候发生根本性的变化，变成鱼米之乡？

大家也看到了，在《不见不散》中的这段情节，葛优说如果把喜马拉雅山炸开一个50公里的口子，会不会让整个青藏高原以及青藏高原北边的西北地区变成鱼米之乡。

 

关于这个情节有一些花絮，当年冯小刚先生去拜访了一个著名的企业家，是当年的首富牟其中先生。牟其中先生当时有一些雄心壮志，作为一个民营企业家，他要发射卫星，他要开发大东北。他说了，我还有一个想法，就是把喜马拉雅山炸开一个口子，让西北变成一个鱼米之乡。当时冯小刚被这样的想法震惊了，就把这个情节放在了他的电影里面。

 

实际上关于这样的设想，科学家也想过。李瑞环先生记载的他1995年的一个讲话里面，就提到了有一些科学家也提到过这样的想法，这些科学家包括钱学森、钱三强先生。

 

我们在座的很多朋友看过这个故事之后，可能会会心一笑，但是心里还在想，到底靠不靠谱呢？有没有可能改变一点气候呢？

 

实际上关于这个话题，科学界进行过认真的讨论。喜马拉雅山虽然是一个很长的山脉，但实际上它也有很多的山口，很多的小口子，其中一个非常大的口子是整个雅鲁藏布江大峡谷，大概长这样。

▲ 天然的水汽通道——雅鲁藏布江大峡谷

雅鲁藏布江从西往东流，流经大峡谷转弯，然后往南流，流出国境线。

这是一个天然的口子。这个口子是不是能带来整个青藏高原气候的好转呢，答案是否定的。

 

即使有这样一个口子，也没有带来整个青藏高原根本性的气候变化，唯一的影响就是让雅鲁藏布江大峡谷的两岸出现了很多高耸入云的雪山，雪山的规模和数量比其他地方要多。

 

可能很多人会说，峡谷的这个口子看起来有点小，我们想要开一个大点的口子。那么口子开大一点，会不会根本性地改变气候？关于这个问题，科学家做了一些数值模拟。我们模拟开了一个大口子——宽大概有1000公里，1000公里，从北京开车基本快到武汉了；深大概有1000米。

 

结果是这样的，开了一个这样的口子之后，在这个口子的南部地区和中部地区会有一些降水的增多，但是这个口子的北部地区降水反而减少了。

 

原因很简单，口子开了之后，来自北部的干空气就顺着这个口子往南走，和南边来的空气在口子里面相会，从而在南部和中部地区增加一些降水，而北部地区因为干空气的影响，反倒降水减少了。这样看起来并不能给整个西北地区带来更多的水资源。

 

那么有人可能就说了，能不能开得更深一点？好像你们才只挖到4000米，能不能再往下挖？OK，我们的研究人员又做了这样一些数值模拟。

 

假如开一个口子，这个口子300公里宽，有从北京开车到石家庄这么远，深度一直到海拔零米，就是深到海平面的位置，从孟加拉湾，不管孟加拉同不同意，尼泊尔同不同意，不管了，从那边的海边一直往这边推，把青藏高原挖穿。

 

模拟的结果跟前面的结果基本上类似，降水在通道的南部地区有所增多，北部依然降水减少。原因很简单，北部的干空气进来了。那么这给我们一个启示：我们可能撼山容易，撼整个大气环流却很难，整个环流不会发生根本性的变化。

 

开口子之所以不能够改变青藏高原和西北的气候，原因就在于即使开了这样的口子，也无法改变西北形成干旱的根本原因。第一，它距离任何一个海洋都比较远；第二，周围全是崇山峻岭，任何翻山气流都要下沉，下沉形成增温，增温就变得非常干燥。

 

还有另外一点，即使没有山脉，只要有欧亚大陆和太平洋海陆分布的正常存在，这个地方就会形成高压区，高压区是下沉的气流。

 

去年我们在《中科院之声》写了一些科普文章，跟大家讨论为什么喜马拉雅山开口子这个方案不大靠谱，这时候就有很多人跟我们联系，说你们可能开口子的位置有点不对。说中国西北地区的水汽它不是从南边来的，不是穿过青藏高原来的，它是从西面穿过帕米尔高原来的。所以你不应该在南边开口子，应该开在西边，把帕米尔高原开一个大口子，有可能就可以让西北变得湿润起来。

 

并且从西边开口子比从南边开口子有很多优势，其中一个重要的优势是在我们国内开口子。

 

为什么呢？我们国家西北有一个伊犁河谷地区，伊犁地区基本上是西北环境最好的地区。我们从这个图上能看出来，它是一个喇叭口的地形，向西开，让西边水汽进来，然后沿着这个喇叭口逐渐汇集，在这边形成降水。因为那边的山很高，所以不仅汇集，而且抬升，就在伊犁河谷形成了非常好的生态环境和气候环境。

 

这里的年均降水量大概能达到400~500毫米，甚至有些地方能达到600毫米，在周围都是50毫米、100毫米降水量的地方，这简直是一个天堂。

他们说的开口子就在这个交汇的地方，把中间那个地方打开来。实际上我们把视野放大再看一看，中亚地区整个距离大西洋、地中海等等都非常遥远，所以西亚地区其实本身就已经有了很多沙漠，比如中亚五国里的西侧，就是著名的红沙漠、黑沙漠这些干旱的区域。

 

中亚地区之所以能形成一点比较湿润的地方，是因为中亚五国靠近中国这一侧是帕米尔高原的迎风坡，这个地方的地形从海拔一两千米直接升到四五千米，有非常陡峭的地形抬升。

在这个抬升的过程中，哪怕空气异常干燥，经过这么大的海拔的变化，强力脱水，它也能够形成一些降水。所以中亚五国首都基本上都在迎风坡的坡底下的位置，环境还算不错。

如果我们把整个帕米尔高原铲掉，这边的迎风坡就会消失掉，迎风坡只要消失掉，这个地方的降水就会消失，那么很大可能中亚五国难得的这一点湿润地区就会全部消失，中亚就会变成沙漠。

 

即使有水汽进到中国来，也会发现我们这个地方是盆地，北边是准噶尔盆地，南边是塔里木盆地，两个盆地的海拔都比周围低，塔里木盆地的平均海拔是1100米，而准噶尔盆地平均海拔只有600多米。

 

你把那边的迎风坡去掉了，水汽过来之后还是要越过一个不高的高地，然后接着是下沉，你把别人的气候破坏掉，在你这个地方还是没有形成降水，因为它依然是受焚风的影响，不会改变这边的气候。

 

实际上科学家做了一些其他的数值模拟。比如这张图，假如什么地形都没有，没有青藏高压，没有帕米尔高原，没有天山、阿尔泰山，所有的山都没有。模拟出来的结果，我们看到这片白色的区域，就是干旱的区域，西北中亚这个地方，包括蒙古，都是非常干旱的区域。

 

▲ 张冉等，2016，第四纪研究

西北变暖湿了吗？

从去年开始，西北变得暖湿的话题又开始再次被提起来，有人就说我们西北变得更加湿润了，这个地方很快就会变得像唐朝一样，再往过就会直追周朝，我们整个西北就会变成比较湿润的地方。

 

我们看到这几个大的媒体，新华社、环球时报，尤其是环球时报用的这个标题很大——“真正的大事，寒冷干旱的西北正在变暖变湿”。大家忽然就产生了一个虚幻的想法，好像西北最近这些年生态发生了根本性的转变，按照这个变化下去，那个地方会越来越好。

 

很多人觉得它是个新的变化，实际上这是个老的话题。在2002年、2003年的时候，科学家已经讨论过这个话题，著名的地理学家施雅风先生，就分析过西北发生的一些变化，有些地方降水稍微增多，有些地方湖泊里的水量开始增多了，有些地方会出现一些季节性的洪水等等。他指出了根本性的问题，就是西北地区气候有其自身的局限性，所以不宜过分夸大它的作用。

具体的变化怎么样，我们也做了一些分析。之所以很多人认为西北正在变得湿润，是因为他们观察到西北的降水量有所增加。比如左上方这张图，是从60年代一直到现在每年降水量的变化。深色这条线曲线表示它的趋势，我们能看到过去这么多年的降水量确实有所增加。

以前的平均降水量大概是100毫米，增加到了大概120毫米，这个增幅很大。

但是我们注意到，在这段时间里，因为全球的温度增加，西北温度增加的趋势要比全球其他地方温度增加得更快。右上方这张图，是西北的温度正在增加，且增加的速度比中国东部地区快两到三倍。

 

温度增加带来了一个很大的变化，就是潜在蒸发量也在迅速增加，潜在蒸发量的增幅比降水量的增幅还要大。这意味着随着降水的增多，这个地方甚至会变得更为干燥。

 

我们看右下方这张图里相对湿度的变化：从80年代到90年代，因为降水的增加，那个地方相对湿度有所提高。但是从90年代到现在，因为温度的增加，潜在蒸发量的增加，那个地方的相对湿度反倒逐渐降低，变得更加干燥起来。

 

这是我们分析的干旱指数。红色表示越来越干，蓝色表示越来越湿，红色的点越大，表示干旱的程度越来越严重。我们看西北这么多的观测站里面，只有一个站出现了一点点的湿润化，其他所有的站都是变得更加干燥了。

 

我们再比较其他几个不同区域的干湿变化，这个干湿指数如果是正的，就表示这个地方越来越干。我们看塔里木盆地的干湿指数，一直维持着比较高的数值，大概有1000多，也就表明这个地方的蒸发量要比降水量多1000多毫米，并且这个数值还在增加，这个趋势一直在往上走。

 

河套地区也是属于干燥的区域，它的数值也是正值，并且一直在上升，变得更加干燥。而唯一的黄河源区这个地方，似乎有一点干旱稍微缓解的趋势，但是这个趋势不是特别明显。

 

再来比较我们全国的干旱和湿润之间的变化，这个阴影区域表示的是这些区域正在变得更加干旱，从H到SH，表示的是从湿润变到半湿润，从SH到SA表示是从半湿润变成半干旱，SA到A是半干旱变成干旱。

 

我们看我国北部地区，从整个东北到华北，以及到西北的东部，大范围的地方干旱还在发展，这些地方的干旱变得更为严重起来。所以我们不能乐观地看西北有些区域降水增多了，生态变好了，就认为我们好像已经进入到了下一个阶段，西北好像就变湿润了。

 

实际上我们国家整个都在经历着干旱化的发展，我们要深刻去认识，不同地方的生态环境变化到底是因为什么。很多地方，包括陕北、河套地区，包括毛乌素沙漠这些地方，它们本来降水量就足够，一般接近400毫米，或者比400毫米还要多，这些地方只要人为不去破坏它，慢慢地生态就会恢复。所以我们各种退耕还林、退耕还草的措施，都会让那个地方的生态发生改变。

 

但是西北降水量在200毫米，它就不是退耕还林还草所能够恢复的，那个地方的降水量不足以支撑起树木，或者像样的草的生长，它本来就是一个荒漠。

 

还有一些地方山变得比较湿润，山顶看到的树木会多了，或者草兴盛一些了，这种很有可能是因为山上的冰川消融。而冰川消融是因为全球变暖，这并不是一件好事，反倒是整个生态系统衰退的一个迹象，你看到的是那地方变绿，实际隐藏的是一个更大的危机。

 

还有一点，西北地区有些地方降水的增加，它不是如“春雨润如油”式的慢慢地滋润，它是以暴雨的形式，突然两场暴雨，然后今年的降水就结束了，这样它不但没有缓解干旱，反而带来了洪涝的灾害。

 

像去年7月份的敦煌，一年降水量只有40毫米不到的地方，下了两场暴雨，把莫高窟关闭了好几天，在这个地方带来的影响，它并不是正面的。

 

整个西北这么干旱，我们给大家讲了原因，讲了最近这些年的变化，可能有人会觉得好绝望，那个地方看起来似乎没有能够改变的希望。

情况肯定不是这样的，这个地方充满了希望，我们可以用各种各样的方式来改变它的生态。比如说即使是在新疆这么干旱的地区，很多地方的农业灌溉采用的是像左边图这样的情况，大水漫灌，一个渠把雪山的水引进来，从这头放进去那头出来，OK，这片地就浇完了。

 

但是大水漫灌的方式，浪费非常严重，过两天就会晒得干干净净，因为那个地方的蒸发非常大。这些地方有很多的来自雪山的水资源，如果采取这种方式，那是非常大的浪费。

 

我们都知道西北地方的很多瓜果非常好，就是因为那地方的环境足够产生这样的效果。发展农业，如果我们能够提高整个节水灌溉的技术，比如像滴灌、喷灌等等科技的应用，加强这一部分农业的投资，这个地方一定会有很大的变化。

 

还有很多人觉得西北的荒漠里面看起来似乎没有什么生机，实际上如果那个地方的水资源能够得到合理地利用，也能够在这个地方焕发出一定的生机。

 

这张照片是我在开头提到的观测站的周围拍到的荒漠里面的景象，我们在荒漠里面依然发现了很多这种小小的植物在生长，那个地方并不是不毛之地。

这个小小的视频是我在非常干旱的戈壁滩里面看到依然有蝴蝶在飞，所以这个地方藏着很多生机，有着它自身的生态系统。因此对这样的非常脆弱的地区，我们保护是第一位的，开发才是第二位。

好，谢谢各位。

策划丨蝈蝈

剪辑丨德明

设计丨阿椒

源济

魏科：为什么大西北异常干旱？