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来源:三联生活周刊


  上世纪大西北基本上处于向暖干化发展过程中。直到1987年,暖干化的趋势迎来了拐点,暖湿化开始了。降水在增加,冰川融化,植被以超乎想象的速度恢复着。

  主笔|邢海洋

  暖湿化,正在发生着

  西北地区的暖湿化,是中国科学院寒区旱区环境与工程研究所(以下简称寒旱所)的已故院士施雅风和他领导的课题小组正式提出来的。20世纪80年代,施雅风院士关注到西北降水增多的变化,2002年课题组以报告的形式做出了推断,这份报告后来由气象出版社出版,题目是《中国西北气候由暖干向暖湿转型问题评估》。从这份报告里,我看到了有关西北暖湿化的一个大概脉络。

  我国西部、中部气候自19世纪小冰期结束至20世纪80年代,大概100年的时间里基本上处于向暖干化发展过程中。暖干化在气候和生态上的表现是气温上升、降水偏少、河川径流减少、湖泊萎缩、生态环境恶化。可1987年,这种暖干化的趋势迎来了拐点,暖湿化开始了,降水在增加,冰川融化,植被以超乎想象的速度在恢复着。

  在本次西北行走中,我特别感兴趣甘肃的气候变化,甘肃的河流分为内流河和外流河两种,外流河既有陇南的流入长江的嘉陵江,也有湟水、大通河等黄河支流。甘肃的众多河流中,内流河显示出了比较强的增长趋势,尤其是祁连山北坡西段的疏勒河流域和中段的黑河流域。关于黑河的水势,我在随后的祁连山的采访中有了亲身的感受。而外流河区域,河水径流非但没有增加,反而是在减少的。

 内蒙古当地村民在荒漠区种植梭梭树 内蒙古当地村民在荒漠区种植梭梭树

  这当然也是可理解的,施雅风等老先生们把西北的暖湿化归结为全球变暖、海洋蒸发以及水汽更多地输送到西北地区。这就包括来自于印度洋的水汽,实际上,西北地区的水汽主要来自于其西南面的印度洋,其中的一部分来自孟加拉湾,经由雅鲁藏布江的谷地一路爬升而来。而上世纪末南风渐强,有利于印度洋水汽输送。

  我国是世界唯一本土集齐四大洋水汽的大国。在新疆天山山脉之中,有一个美丽的湖泊赛里木湖,在卫星地图上,赛里木湖就像是一大块被绿色森林包围的蓝色水晶,异常纯净。在地理学界,人们称之为“大西洋最后一滴眼泪”。

  新疆是全世界离海洋最远的地方,赛里木湖距离太平洋最近的距离也有3000公里,距离大西洋足足有5000公里,距离地中海都有4000公里,为什么把它称为“大西洋最后的眼泪”?就是因为在大气环流中,来自太平洋的水汽靠的是季风环流,且受到黄土高原和青藏高原的阻隔很难深入到新疆,而来自大西洋的水汽,乘坐的是行星环流这个更大级别的“交通工具”,西风从大西洋吹来,5000公里的路程来到赛里木湖所在的谷地,到了天山山麓已经是“强弩之末”,就把水汽留在了这里。

  全球变暖驱动的复杂的水循环变化,可能导致近十几年来西北大部分地区气候环境悄然发生重大变化。于是我们观察到了降水与径流增加,冰川消融加速,湖泊水位上升,大风雨、沙尘暴日数减少,植被有所改善等一系列自然现象。

  青海湖变大了

  施雅风院士领衔的气候变化报告发表后又过了将近20年,近几十年来的气象数据就更有说服力了。有研究者对西北地区40多个气象观测站的历史数据进行了统计分析,发现从上世纪80年代中期之后,降水量的确呈增加趋势。比如在1960—1985年间,该区域平均年降水量仅为100毫米左右。而从1986—2009年这一均值增加到130多毫米,近10年间又有所增长,达到平均150毫米,与50多年前相比,增加量在50%左右。

  近年来的天候变暖、降水增加,也被我随后的旅行一路证实着。从兰州沿着黄河支流湟水西进,我们来到了有着青藏高原东大门之称的西宁,这里湟水河、北川河、南川河三条水系汇合,三条河流每一条都树木葱茏,犹如三条玉带,穿插在城市之间。城市周边的山上也是树木广植,绿意盎然,形成了“两山对峙、三水会聚、四川相连”的山水格局。

 青海三江源地区,涓涓小流,最后汇成长江、黄河和澜沧江三条江河 青海三江源地区,涓涓小流,最后汇成长江、黄河和澜沧江三条江河

  我们的摄影师黄宇在飞机上观察到,“飞机上看,内蒙古阿拉善盟的沙子,一个劲儿向南吹,吹成个口袋形状,在银川、中卫、景泰北、武威、张掖形成一个U形。祁连山脉是分界线,向北是狭长的河西走廊,从飞机上看更为细窄。南面则是过去的吐蕃界,不知是高耸的山脉阻挡了干燥气流,还是雪水滋养的结果,进入青海就是绿色一片了”。在他看来,青海山脉间有种“史前一万年”的感觉,好像地球回到了过去的无人绿色区域。

  黄宇从飞机上的观察,其实牵涉到两个地理概念,一个是高寒草原。青藏高原也就是我国地形上的第一个台阶,这里海拔高,日照强烈但气候相对寒冷,蒸发量也就小,这里的降水量是远高于黄土高原的,于是有着大片草场。另一个地理概念则是“焚风”,从青藏高原的边缘祁连山下山是河西走廊,大气直下一两千米,温度会陡然升高,也会变得干燥,故而河西走廊的降水量是很小的,大地的颜色于是突然变成黄褐色。

  按当地人的回忆,西宁周边的山上过去是没有树的,土黄一片。他们小时候,也就是二三十年前小时候住土房,冬天冷得彻骨,到了夏天,孩子还得穿秋裤。可现在雨水多了,空气湿润了,天上也不像过去高原那样,总是暴晒。城里的孩子很少有高原红的脸蛋,也就是深山里极少数的孩子还是那样。

从悬崖顶上的夏琼寺,可以俯瞰远处的黄河,这段黄河在青海境内,所谓“天下黄河贵德清”从悬崖顶上的夏琼寺,可以俯瞰远处的黄河,这段黄河在青海境内,所谓“天下黄河贵德清”

  后来我们到了青海湖边的刚察县,当地人告诉我,青海湖的水也涨了不少,几乎是年年涨。权威数字显示,2000年时,该湖面积约4256平方公里。2017年8月时,遥感卫星测得青海湖面积为4435.69平方公里,增加了约180平方公里。到了2020年4月,青海湖水体面积为4543平方公里。青海湖,这一我国第一大湖泊水域面积20年来增加了7%,并且这两年湖面扩张还在加速。在青海湖畔的天峻县,那里的雪山只露出些很小的“雪帽子”,而源自雪山的布哈河则水势正猛,在宽阔的河谷中流淌着。

  7月是青海湖独有的鱼类青海湖裸鲤的洄游季节。说到青海湖裸鲤,就要提到青海湖的演化历史了,青海湖的水面比和它只有60公里直线距离的龙羊峡水库足足高出了600米,20万年前青海湖水还是汇入黄河东流入海的。

  石笋里的秘密

  20世纪70年代,中国气候学的奠基人竺可桢发表的《中国近5000年来气候变迁的初步研究》,通过历史文献重建了气候史,可谓旷古烁今的一部气象学巨制,通过仰韶和安阳殷墟考古发掘出的动物骨骼以及甲骨文记载,他推断那时候安阳种稻子要比现在大约早一个月,那时候的温度要比现在高2摄氏度。后来周初气候恶化,春秋时期的变暖都记诸文字。1221年,丘处机从北京出发去中亚见成吉思汗,曾路过新疆的赛里木湖,他的叙述里,湖的周围有山环抱,山上盖雪,倒映湖中,但是现在那些山峰上已经没有雪了。

  竺可桢在这本研究报告指出,从仰韶文化到安阳殷墟的2000年间,黄河流域温度比现在高2摄氏度,冬天甚至高3—5摄氏度,此后的冷暖多在一两摄氏度的幅度波动,以400—800年为周期。历史上的几次低温出现在公元前1000年、400年、1200年和1700年。民以食为天,古代生产力落后,粮食生产更依赖于气候,联想到几次朝代更迭,就更是如此了。

 随着降水量增加,甘肃很多荒地已经开始种植中草药 随着降水量增加,甘肃很多荒地已经开始种植中草药

  即使30年前,地理学的研究还有相当部分是经验性、直观的,研究者到野外采集植物标本,植被上放样方统计植物种类和数量,还要带着工程铁锹,在土地上挖坑观察土壤分层、颜色和厚度。感性观察多于定量化分析,论文报告里虽然需要用定量化的数据说话,但地理学毕竟是一种描述为主的学问。可现在,当我走进西北生态研究院,这里研究方法已经彻底“鸟枪换炮”了。

  表征气候的特征,一个重要的方面就是水的蒸发和凝结循环,气候暖湿水蒸发凝结的循环就会越多,蒸汽中的水分子被带到大陆,以各种形式沉积在植物里,或者是山洞的石笋里。于是这里水的同位素(注:同位素指的是电荷相同,中子不同的同种原子)就偏高,反之则偏轻。如此这般,氢氧同位素的结构差异,就能作为判断古代气候的证据。

  碳同位素同样是古代气候环境的一个表征,冰期的时候,北半球被冰雪覆盖,热带地区干旱,森林面积锐减,大量的二氧化碳转移到空气中,通过水和大气的交换而直接影响到海水的碳同位素的组成。植物中的碳同位素变化也主要受到温度、湿度及云量的影响。

 甘肃当地的中药草交易市场非常火热 甘肃当地的中药草交易市场非常火热

  在西北生态研究院,最近就出了一个比较重要的关于古代气候的成果,杨保研究员和他的团队,通过对青藏高原东北部德令哈的53棵祁连圆柏的树轮同位素的测定,重建了过去6700年亚洲夏季风降水的变化,他们发现大趋势上,这6700年降水一直是减少的。但在下降的趋势中有所反复,公元前2000年后存在一个气候湿润且稳定的时期,正好是仰韶文化的扩张期。

  西北生态研究院的对面是兰州大学,这里的地理学家们通过对洞穴里面石笋的同位素的研究,甚至发现了朝代兴亡的秘密。科学家们发现,在唐朝最后60年和五代十国前30年,元朝后期和明朝初期,以及明朝的最后几十年亚洲季风降水极其缺乏,气候极端干旱,而北宋的前60年亚洲季风增强。

  气候与经济气候与社会变动的联系就这样建立起来。科学家们还发现,在20世纪晚期,亚洲季风区自然气候降水发生了异常,呈现出了温度持续升高、季风降水逐渐减少的趋势。整体而言,过去5000年以来,我国北方地区的气候呈不断变冷、变干的大趋势。

  更大尺度的气候变迁

  未来的气候如何变化,施雅风院士在本世纪初的报告中只做了50年的推断,再远了就是能力范围之外了。

  在西北生态院的冰川研究室,高级工程师郭治龙给我展示了一系列的气候变迁图表,在侏罗纪晚期,也就是恐龙称霸世界的时候,地球的温度要比现在高12摄氏度。那时候由于火山活动,地球二氧化碳浓度比工业革命前高出4到10倍,南北两极没有永久冰盖。即便如此,还是出现了数次气温大跳水的情况,波动时间基本都在100万年左右。

  地球的温度变化,并不是一成不变的,曾经经历过三次严重的冰期。在200万年前,地球步入了第三次,也就是新生代第四纪大冰川期,这一次冰期结束于1万到2万年前。这一时期冰川覆盖总面积约为1630万平方公里,占地球陆地总面积的11%。我国的现代冰川主要分布于喜马拉雅山北坡、昆仑山、天山、祁连山和横断山脉的一些高峰区,总面积约5.7万平方公里。

 祁连山偏安于青藏高原边缘,南坡是青海一侧,北坡是甘肃一侧(石磊 摄/视觉中国供图) 祁连山偏安于青藏高原边缘,南坡是青海一侧,北坡是甘肃一侧(石磊 摄/视觉中国供图)

  冰期结束后,地球才进入了全新世时代,全新世又称冰后期,是最年轻的地质年代,从11000年到12000年前开始。根据传统的地质学观点,全新世一直持续至今,但也有人提出工业革命后应该另分为人类世。在这一地质时期,冰期结束了,海平面迅速上升,几千年内上升了60米,到了大概6000年前,海平面基本维持和现在一样的高度。

  全新世初期,地球经历了一个相当长的温暖期,又称为全新世大暖期。中国研究者提出,大暖期或高温期始于距今10000年到7500年,止于距今5000年到2000年。大暖期延续约5500年,包含了相当多的气候与环境波动。也就是在这个暖期后,地表温度开始持续降温,直到工业革命后降温的趋势才得以逆转。

  如何判断现在的全球变暖?工业革命200年,地球上的二氧化碳浓度从280ppm迅速升高到400ppm之上,作为温室气体,二氧化碳的增多给地球保温,气温随之升高。但如果我们回看地球生命发展史,二氧化碳曾经救过地球生物的命。在太阳发育的早期,它的辐射量比现在要小很多,那时候大气中含有大量二氧化碳和甲烷等温室气体,地球没有被冰封,生命得以在海洋里孕育。

  后来蓝藻出现并迅猛繁殖,不断吸入二氧化碳并释放氧气,终于在距今24亿年左右引发了氧气危机,地球失去了温室气体的保温被冰封,幸好那时候的地球内部还没有冷却下来,火山活动释放出的二氧化碳,又一次把地球从冰冻状态拉了出来。

 山西与河北交界的太行山区,绿色植被得以恢复 山西与河北交界的太行山区,绿色植被得以恢复

  实际上,因为光合作用以及植物的固碳过程,二氧化碳浓度不断降低,这对植物的生长都构成了威胁,植物于是拼命进化,以适应低二氧化碳浓度的环境。玉米的生长机制就是一个典型的例子。一旦二氧化碳浓度低于150ppm,植物光合作用就会停止,全世界的植物都会死亡。但二氧化碳浓度超过一定范围,全球变暖带来的又是一系列的麻烦。如果二氧化碳浓度失控,就如同我们的姊妹星球金星,地球将成地狱般的存在。

  长期而言,地球温度之所以有着剧烈的波动,除和太阳的辐射有关系,也和地球本身的运动状态、地表植被变化、海洋和陆地的位置和比例有关系,这是一个相当复杂的系统。当我们提到赤道北回归线、南回归线的时候,仿佛它们是一成不变的,太阳永远不会越过北回归线直射到更远的地方。

  可实际上,北回归线本身也不能是一个绝对的位置,因为地球就像陀螺一样,在它自传的时候,它的自转轴是有轻微摆动的,这造成了回归年和恒星年的微小差异,在天文学上称之为岁差。如今很多地方的回归线标志性建筑,实际上已经离真正的直射点有一段距离了。地球的岁差周期约为26000年,也就是26000年地球的自转轴完成一次摆动周期。

 青海的草原植被只有薄薄的一层,生态环境十分脆弱 青海的草原植被只有薄薄的一层,生态环境十分脆弱

  除了岁差,影响地球接收太阳辐射的还有地球章动。月球围绕地球公转,月球的引力导致地球在公转轨道上左右摇摆。

  当然,这些因素都可以代入公式,用来计算地球的运动轨迹,只不过运动轨迹之外,还有非常多的因素需要考虑,如植被变化、海洋与陆地的位置变化、温室气体等等,使得预测变得异常困难。

  作为环境工程解决方案的提供者,郭治龙最近在设想另外一件事,就是如何利用西北上空的暖湿气流。他给我看了从中央气象台下载的云图视频,他把一个月的云图叠加在一起,动态展示了这些云彩从大西洋、印度洋和北冰洋向西北地区的流动,这彻底打消了我对大西洋最后的眼泪的深信不疑,从视频上看,来自大西洋的西风带的势力范围绝不仅仅停止在我国的边境地区。

  一些民间科学爱好者提出政府应该投资4000亿元,把雅鲁藏布江的水引到新疆。在郭治龙看来,这未免大动干戈了,只要在西北的山地上空人工降雨,让天空中流动的水汽凝结下雨下雪,就可以使周边的水汽源源不断地来补充,达到截流水汽的目的。按他的团队的计算,这样的方式是最有性价比的,一吨水只需要一分钱。

 青海祁连县城里的公园环境优美 青海祁连县城里的公园环境优美

  人工干预降水,这让我联想到曾经轰动一时的天河工程,2016年青海大学王光谦院士设想,在中国三江源的黄河流域和长江流域的分水岭实行空中调水,改变云水资源在两个流域间的转化,以增加黄河流域的降水量。可那个工程预算太过夸张,要动用卫星、火箭,再建立水汽输送模型,预测天气变化。天河工程受到广泛质疑,尤其是来自气象学家的质疑,立项也就搁浅了。

  如今,工程上人工降雨已非难事,但更深入的人工干预天气、把干预变成系统工程却非易事。西北暖湿化,一个复杂的气候问题展现在眼前,等待我们去发现去破解,扬长避短,为我所用。