NO.2320-地表最大干旱区
作者：小哲，凯尔希
校稿：辜汉膺 / 编辑：板栗
地球，是什么颜色的？是海蓝色、是墨绿色、也是土黄色。
地球陆地的三分之一被贫瘠且荒凉的黄色所覆盖，这里是十几亿人的家园，因缺水而构成了地球的“干旱部分”，其规模之大，从太空中看去仿佛地球内嵌了一个沙丘世界。
找到地表最大干旱区（一目了然）▼
仿佛地球上内嵌了一颗沙丘星球（横屏观看）▼
今天，我们将通过气象、洋流、地球轨道参数的原理探究地表最大干旱区的成因，并从中管窥全球干旱的奥秘。
从太空中俯瞰撒哈拉（图：NASA）▼
一个地区“平均降水量”和“平均潜在蒸散量”的比值，被称为干旱指数（IA，the index of aridity），这个数字小于0.65，就跨入了“半湿润半干旱地区”的门槛，相当于降水量不到潜在蒸散量的65％。
由此可以分出四个等级：半湿润半干旱地区（0.65-0.50 ) 、半干旱地区（0.50-0.20）、干旱地区（0.20-0.05）和极端干旱地区（<0.05）。
横屏-干旱地区分布▼
比如华北平原就有一部分是半湿润半干旱地区，而极端干旱这种王者级干旱，降水量还不到潜在蒸散量的5％，这5％还会在几次强降水中快速用掉，往往还没形成径流或渗入地下，就被蒸发掉了，即使像今年阿曼遭遇的大洪水，也无法改变其极端干旱的本质。
沙丘与水池共存的“和谐”场景往往转瞬即逝
撒哈拉占据了大半个北非，不可谓不大了▼
然而，与撒哈拉同纬度的东亚季风区，地中海北岸的欧洲都是一片绿意盎然，三面环海的撒哈拉怎么就旱成了这样？
要搞清地表最大干旱区的底层地理逻辑，还要说回我们以前讲的“副热带高压带”。
在赤道受热上升的暖空气，会在南北纬30°附近下沉，形成气压相对高值区域，也就是“副热带高压带”。在其控制下，南北纬30°附近都形成了大面积的沙漠。
横屏-全球沙漠分布▼
在北半球，由于青藏高原、地中海、落基山脉的阻隔，副高会断裂成北太平洋副热带高压带、北大西洋副热带高压带、伊朗-北非高压三个部分。
平常这三个高压带断开时候的还好，一旦连起来
就能让北半球很多地区都感受到什么是“身处沙漠”般的酷热
也难怪沙漠喜欢分布在南北纬30°附近
在副高控制下是真的热啊▼
当然，要形成如此广阔的沙漠，光靠副热带高压还不够，还要离水源“足够远”。
来自海洋的水汽是陆地降水的主要来源，离海洋越远降水也就越少。比如被高原和山脉层层包裹的塔里木盆地，就形成了塔克拉玛干大沙漠。
只有雪山融水支撑着沙漠中为数不多的生命
（参考：wiki）▼
而撒哈拉沙漠，表面上看是被印度洋、红海、地中海、大西洋三面环绕，但红海的体量太小，地中海大一些，但在夏季会被伊朗-北非高压控制，在冬季则被西风带控制，水汽都往东吹了，两者都无法为撒哈拉输入大量水汽。
说白了，真正的水源还给靠印度洋和大西洋这种大佬。但撒哈拉东侧有埃塞俄比亚高原阻挡，印度洋水汽几乎吹不到撒哈拉东部，年降水量几乎为0。
有副高和高原坐镇，一丝水汽也别想进进来▼
地形很重要，但还不是全部。
阿拉伯半岛直面印度洋，一样是极端干旱沙漠遍布，但隔壁的印度就降水充沛花团锦簇。
这主要是因为夏季的南亚季风，是由东南信风偏转形成的西南风，这个偏转点就在索马里附近，并形成强劲的索马里急流，风速可达65m/s，将印度洋的水汽都吹到了印度半岛，阿拉伯半岛只能在副高的控制下看着印度洋，但就是不下雨。
携带着水汽的季风一个急转弯
头也不回地扬长而去▼
撒哈拉沙漠虽然有着漫长的大西洋海岸，但经过这段海岸的是加纳利寒流，其源头是北大西洋暖流的一支。寒流过境，往往意味着降温减湿，大气遇冷下沉，引发干旱气候。
在类似纬度的大陆西海岸，寒流也造就了阿塔卡马沙漠、纳米布沙漠和索诺兰沙漠，只不过其规模完全不能和撒哈拉相比。
横屏-寒流与纬度在15°到30°附近的沙漠的位置关系
（参考：wiki）▼
可见虽然三面环海，但海洋却十分吝啬，水源看着很近，其实很远。
副高控制下的撒哈拉沙漠降水量极低、蒸散量极大。极端干旱，也就一点不奇怪了。
但正所谓沧海桑田，6000年前的撒哈拉可能并非大沙漠，而是一片大草原。
19世纪中叶，德国探险家海因里希·巴特在荒凉的沙漠中意外发现了神秘的史前岩画，数十万幅精美的图像描绘着种群繁盛的大象、长颈鹿、河马和羚羊被猎人追捕的生动场景。显然，这绝非今天撒哈拉沙漠中的景象。
史前人类经历了撒哈拉由草原变成沙漠的过程
希望未来的人类能看见撒哈拉重回草原的一天
（费赞的撒哈拉岩石艺术 图：wiki）▼
后来，科学家通过对沙漠中软体动物的壳、硅藻、湖泊沉积和水生动物骨骼的分析发现，在大约6000年前的全新世中期，这里还有着永久性的淡水，在几乎完全被植被覆盖的土地上，点缀着大大小小的湖泊，这就是水草丰茂的“绿色撒哈拉”。而“绿色撒哈拉”的水汽就来自于大西洋。
要回答这个问题，我们需要把目光移向撒哈拉以南的“萨赫勒”地带。这里是大沙漠和南方稀树草原之间的过渡地带。萨赫勒地区的降水，主要来自北非季风。
这沙漠与草原的过渡地带也是绿意寥寥，岌岌可危啊▼
在之前的《东亚季风区》里我们说过，随着太阳直射点的季节性移动，全球的赤道辐合带及其降水会跟着移动，同时给当地带去明显的干湿季节转变，这就形成了所谓的季风区。
每年7-8月，赤道辐合带会一路推进到约北纬20°的萨赫勒地区南侧，形成北非季风，将来自西侧大西洋的水汽带到这里，为沙漠边缘的萨赫勒草原带来降水充沛的雨季。
赤道辐合带的南北移动▼
今天的萨赫勒草原，其实就是曾经“撒哈拉大草原”的缩小版，北非季风在过去可以长驱直入到比今天更靠北的地区，热带大西洋的潮湿空气由此深入撒哈拉腹地，这才有了史前岩画上的河马、大象。
昨日之撒哈拉草原只能在今日的萨赫勒草原窥见
明日之萨赫勒是否会变成今日之撒哈拉呢
（图：壹图网）▼
由此可见，北非季风的极限范围至关重要，以前可以吹那么远，现在为啥就不行了？
这就不得不把格局打开了！
众所周知，地球是“歪着头”自转的，倾角大约为23°26'，其公转轨道也并非正圆，存在一定的偏心率。
地球的自转倾角和公转轨道偏心率并非恒定，会受到月球和大质量行星的引力干扰，进而引发地球轨道的周期性变化。这其中就包括：
公转轨道偏心率的10万年变化周期
地球自转轴倾斜度的4.1万年变化周期
自转轴的2万年“摆动”（进动）周期
这三大轨道周期由塞尔维亚地球物理学家米兰科维奇提出，统称为米兰科维奇循环，大格局带动小格局，其中改变撒哈拉降水的周期就是“摆动”周期。（即“岁差”）
米兰科维奇循环（参考：wiki）▼
地球抖一抖形成的“摆动”，会造成地球轨道的细微变化，地球接受的太阳辐射分布也会随之改变，从而引发季风的进退，最终触发撒哈拉沙漠剧烈的“水文循环”——从1.1万年至5000年前，撒哈拉广阔的湿润绿洲逐渐变成沙漠。几乎每隔2万年，撒哈拉就发生这样一次“循环”。
地球每发生一次这种细微的变化
对地球上的生物来说都是一次巨变▼
在这一过程中，随着绿色褪去、黄沙弥漫，这里的居民被迫放弃越来越小的绿洲。有的四处游牧，有的向南方迁徙，有的向东迁入尼罗河流域，成为方兴未艾的古埃及文明的一份子。
踏着黄沙寻找暂栖之地，能否生存，全看天意
（马里的富拉尼牧民 图：wiki）▼
当我们再回看撒哈拉沙漠和全球干旱区，会发现干旱区不光改变了动植物，也改变了人类社会：
在降水稀少、蒸发剧烈的环境下，沙质土壤的持水量与有机质含量很低、氮磷严重不足，所以植被稀疏、生物量低，包括人在内的所有动物都面临极大的环境压力。
人和动物是相互依存的
任何生物在如此极端的环境下生存都不容易
（图：wiki）▼
于是人类只能小规模聚居在河流、泉水和绿洲等宝贵的水源周围，并形成了以部落为基础的传统社会共同体，相当于通过控制族群的规模和消耗，与资源匮乏的环境达成某种平衡。但这一传统平衡如今也越发不稳定。
如今环境承载能力变弱，但人口与日俱增
人与自然之间的“平衡”已经十分脆弱
（图：壹图网）▼
全球的干旱和极端干旱地区，除了印度西部外，人口基本都比较稀少，但根据“联合国人居署”的数据，干旱区18.5%的人口增长率高于其他任何生态区。激增的人口可以靠外部援助和超采地下水来短期维持，但却长期加剧了当地的环境压力。
渴到极点，“泥水”也甘之如饴
（图：shutterstock）▼
更为严重的是受气候变化的影响。最近研究表明，撒哈拉沙漠在上个世纪一直在扩张，沙漠在1920年至2013年间扩大了70万平方公里，相当于一个青海省，南方的萨赫勒地带本来就属于干旱和半干旱地带，全球变暖的趋势持续下去, 萨赫勒离极端干旱也就不远了。
总之，在人口压力和气候变化的双重作用下，地表最大干旱区撒哈拉沙漠，恐怕还会变得更大，这对于北非、西非、中东甚至欧洲各国都是个坏消息。
再扩张下去，撒哈拉就要横跨三个洲了▼
反观撒哈拉沙漠从万年前至今的历史，像地轴“摆动”这种底层规律，远超人类个体的人生尺度，人在这样的趋势面前与撒哈拉的沙粒无异。
但对于一百年内的，小尺度的，人为因素引发的环境变化，我们还有很多可做的事情，毕竟我们无力干涉地球的命运，但可以改写自己族群的生死。
参考资料：
[2] William R. Boos, Robert L. Korty. Regional energy budget control of the intertropical convergence zone and application to mid-Holocene rainfall. Nature Geoscience, 2016; 9 (12): 892 DOI: 10.1038/ngeo2833
[4] IIASA/FAO, Compendium of Agricultural-Environmental Indicators (1989-91 to 2000) (Statistics Analysis Service, Statistics Division, Food and Agriculture Organization of United Nations, Rome, 2003)
[5] 刘屹岷,吴国雄.副热带高压研究回顾及对几个基本问题的认识[J].气象学报,2000(04):500-512.
[6] 刘屹岷. 非绝热加热影响北半球夏季副热带高压形态变异的物理机制[D].中国科学院研究生院（大气物理研究所）,1998.
[8] 王绍武.非洲湿润期[J].气候变化研究进展,2009,5(02):122-123.
[9] Liu, Z. Y., Wang, Y., Gallimore, R., Notaro, M., and Prentice, I. C. On the cause of abrupt vegetation collapse in North Africa during the Holocene: Climate variability vs. vegetation feedback. Geophysical Research Letters 33, L22709 (2006).
[10] Kuper, R., and Kröpelin, S. Climate-controlled Holocene occupation of the Sahara: Motor of Africa's evolution. Science 313, 803-807 (2006).
[11] Huang J., H. Yu , X. Guan , G. Wang, and R. Guo , 2015: Accelerated dryland expansion under climate change. Nature Climate Change, doi:10.1038/nclimate2837.