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          1. 中國天氣網

            雨如何影響中國?一條神奇的線見證中國歷史變遷

            2023-08-04 17:06:23 第161期 來源:中國天氣網

            引言:從一場場雨看見一條線

            在剛剛過去的7月底8月初,京津冀遭遇罕見持續特大暴雨,北京現140年來最大降雨,河北邢臺臨城縣兩天下了兩年的雨,出現明顯的洪澇災害,這一場場雨強勢宣告著華北雨季的猛烈。

            這一場場雨也是夏季風吹襲我國的產物。通常,每年5月前后,隨著夏季風的到來,我國中東部雨季自南向北開啟,無論是洶涌而來的華南龍舟水,還是綿綿不絕的江南梅雨,亦或是“七下八上”的華北暴雨,幾乎都集中在中東部,東西之間似乎有著一道看不見的壁壘。

            事實上,在我國地圖上確實隱匿著一條神奇的線——400毫米等雨線。雨中窺線,它是見證雨水多寡的氣候分界線,是中國生態環境的分界線,也是人口密度的對比線,甚至還和我國路網交通疏密分界線、主要糧食作物產區邊界線天然貼合。

            隨著時間推移,400毫米等雨線呈現波動中相對穩定的狀態,但在降水異常的年份波動十分明顯,西北地區呈現暖濕化趨勢,北方極端暴雨事件呈現多發態勢。

            中國天氣網深入挖掘氣象歷史大數據,特別關注了這條線的演變發展歷程,深度解讀其背后的特殊成因和對我國社會歷史、地理氣候、生產生活等產生的影響。

            這條線展現的是不同,見證的是發展。長期居住在這條線上的人們經歷著強降雨的沖擊,也感受著干旱的影響。如今,線的兩端,從未聯系得如此密切,人們正高度融合,更加頻繁地往來交流,帶動著東西兩側的經濟社會協同發展。

            歷史:教科書級別的神奇分割線

            這是一條教科書級別的分界線,大部分人是在初高中地理課上認識它的。在中國地圖上,將年降水量為400毫米的點連起來,從大興安嶺到喜馬拉雅山南端會形成一條明顯的分割線,氣象上稱之為400毫米等降水量線,也叫等雨線。

            bqdt400毫米等雨線示意圖

            拿等雨線當一把尺子,這條線的兩端有很多可以定義的方式。

            以它為界,我們能感受到兩個截然不同的世界,東南側濕潤多雨、森林繁茂、農耕發達、人口密集,西北側干旱少雨、草原遼闊、畜牧為主、人煙稀少。

            在詩人眼里,它是邊塞景象與田園風光的分界線,東邊“杏花春雨江南”,西邊“白馬秋風塞上”;在農牧民眼中,它是農耕與畜牧的分界線,東邊“稻花香里說豐年”,西邊“風吹草低見牛羊”;在地理學家眼里,它是高原山脈與平原丘陵的分界線,也是人口疏密的分界線。

            人口疏密之界

            自古以來,人口的分布與氣候就有著高度關聯性,自然條件好、雨熱充沛的地區人口聚集,人丁興旺。反之,自然條件惡劣,雨水稀少的地區人口密度較稀。

            1935年,中國地理學家胡煥庸先生根據當時大約4.75億的總人口分布規律,畫出了人口密度圖,并在這張圖上繪出一條線。線的西側,占當時國土面積的64%,卻僅有全國4%的人口;而線的東側,面積僅占當時國土面積的36%,卻聚集著全國96%的人口。

            這條著名的胡煥庸線就和400毫米等雨線大體重合。

            80多年過去了,我國經濟社會經歷了無數變化,人口數量也從4億多增長為如今的14億多,但人口密度分界線基本圍繞著胡煥庸線細微波動,東西側懸殊的人口格局始終如一。

            bqdt我國人口密度分布圖

            從2020年第七次人口普查結果來看,這個規律仍然沒有被打破。我國共有18個人口超過千萬的城市,分別是重慶、上海、北京、成都、廣州、深圳、武漢、天津、西安、蘇州、鄭州、杭州、石家莊、臨沂、東莞、長沙、青島、哈爾濱。這些城市全部位于400毫米等雨線的東側,無一例外。

            城市、人口與氣候,聯系得無比密切。人們因氣候而聚集,也因氣候而遷徙。

            農耕游牧之界

            氣候影響了人口分界線,也勾勒出了農耕文明的“生命線”。古往今來,西半壁以游牧或半農耕文明為主,東半壁以農耕文明為主。因氣候變化,線的位置隨之動態調整,在此消彼長的拉鋸中,誕生了很多歷史事件。通常氣候溫暖、雨量增加,農作物生長季延長,歲稔年豐;牧區水草充沛,相安無事。從貞觀之治到開元盛世,無不豐衣足食。當氣候轉冷,降雨減少,則糧食減產、牧草稀缺,往往糧價飛漲。東漢末年大亂、五胡亂華,都是動蕩不安的時期。

            游牧和農耕交替,更是歷史氣候變化的見證者。我國九大商品糧基地都位于 400 毫米等雨線的東側。從南到北,無論水稻、大豆還是玉米,幾乎每一種作物都能找到適合生長的環境。于是,從魚米之鄉到天府之國,從中原糧倉到北大倉,人們應季而作、應季而收,用勞動收獲著五谷豐登。

            bqdt我國主要糧食產區分布示意圖

            而在西側,雨少干旱,山脈縱橫,廣泛分布著永凍土、沙漠,只適合青稞、蕎麥、草甸等耐寒耐旱耐貧瘠的植物生長。但西部也有廣闊的天地和草場,牧業發達,天空遼闊、牛馬成群,生機勃勃。

            bqdt全國植被指數分布圖

            因氣候而變的還有植被。作為地球之肺的森林,其生存需要合適的水分和溫度,唯有在年均降水量大于400毫米的地區,森林覆蓋率才能接近飽和,如果年均降水量小于400毫米,森林覆蓋率會在30%以下,甚至10%以下。

            國家衛星氣象中心的植被指數顯示,400毫米等雨線東側植被覆蓋率高,植被指數多在0.5以上;而西半壁植被指數大多在0.2以下。東部密林中儲藏著人們生產生活所需的豐富資源,為經濟發展打下基礎。

            發展變遷之界

            人口、植被、生產生活方式等都是影響交通、經濟發展的重要因素。在這條線的兩側,經濟發展存在較大差異,全國公路路網密度也有所不同。東側各類道路縱橫交錯,路網發達;西側地廣人稀,路網密度較低。

            bqdt全國公路交通分布圖

            根據2020年各地高速公路密度統計,高速公路密度排前十位的省區市為上海、天津、北京、廣東、福建、浙江、山東、江蘇、貴州、河南,這些地區均集中在400毫米等雨線以東。

            密密麻麻的交通網,打通了中東部經濟發展的毛細血管。而西半壁地區的高速公路密度雖然普遍較低,但西藏、青海、新疆等地廣人稀之地的高速公路也日漸發達,主動脈已暢通?,F在,還有很多人正夜以繼日地工作,聯通這條線的兩端,協同發展。

            bqdt2021年12月風云三號E星監測的中國區燈光分布圖

            夜色迷人,華燈初上,城市活力躍然紙上。燈光是了解城市發達程度的途徑之一。從國家衛星氣象中心風云三號E星獲取的我國城市燈光圖中可以看到,中東部宛若燎原星火,京津冀、長三角、珠三角燈光璀璨。而在這條線西部,人們也驚喜地看到了很多大城市的發展,以點帶面向外輻射它們的能量。

            解讀:這條神奇的線如何形成

            從地圖上看,這條神奇的400毫米等雨線整體呈東北-西南走向,它的形成不僅取決于我國特殊的地形和地理位置,也取決于我國獨特的氣候格局。

            三級階梯

            400毫米等雨線北段與我國第二階梯和第三階梯的分界線基本重合,南段與第一階梯和第二階梯的分界線基本重合。

            大約6500萬年前,印度洋板塊與歐亞板塊的驚天一撞,引發了規??涨暗牡乇砺∑?,逐漸形成了地球上最高、最厚、最年輕的高原——青藏高原。不僅如此,這場碰撞的巨大能量還繼續向外圍傳導,讓此前有一定海拔高度的區域進一步抬升,形成了內蒙古高原、黃土高原和云貴高原等地區。在未受到波及的東部地區,則自北向南排布著東北平原、華北平原、長江中下游平原等大量平原及丘陵地區。我國顯著的三級階梯地形,就此誕生。

            bqdt我國三級階梯地形示意圖

            與此同時,我國東面有世界上最大的海洋——太平洋, 西南面有印度洋,西面北面則是世界上最大的陸地——亞歐大陸,海陸之間會形成大范圍、風向隨季節有規律改變的風,這就是季風。每到夏季,陸地溫度高、氣壓低,海洋溫度低、氣壓高,來自印度洋的西南季風和來自太平洋的東南季風就會從海洋吹向陸地,給我國帶來豐富的水汽。

            我國第三階梯地勢平緩、距離海洋更近,溫暖潮濕的季風會在這里與來自北方的冷空氣交匯,形成豐沛的降水。第二階梯南段正處在西南季風進入我國的通道之上,水汽條件相對較好,同時多山地,容易形成地形雨,因此降水也比較豐沛。而第二階梯北段和第一階梯,海拔較高且深處內陸,季風難以抵達,所以降水稀少,年降水量均在400毫米以下。

            青藏高原

            我國400毫米等雨線向北一直延伸到了北緯50°附近的內蒙古東北部和黑龍江北部,這與強大的季風不無關系。在全球的季風當中,亞洲季風影響范圍最大、強度最強。它之所以能走得這么遠,除了優越的海陸位置之外,還有一個非常重要的影響因子,那就是青藏高原。

            青藏高原遠離海洋,看似和季風沒有什么關聯,但實際上,它卻是亞洲季風的超級助推器。青藏高原總面積約240萬平方公里,平均海拔高度超過4000米。在夏季,這里能夠接受到更多的太陽輻射,吸收更多的熱能,從而成為一個巨大的熱源。地表上方的空氣被加熱后不斷上升,導致地面氣壓不斷降低,不得不抽吸外圍的氣流進行補給,于是就形成了一個強大的、逆時針旋轉的低壓中心。這個低壓就像一個超級助推器,將其南側的西南季風和東側的東南季風源源不斷地推向我國東部地區。

            bqtb青藏高原與季風關系示意圖

            除了提供熱力和水汽條件之外,青藏高原地形的阻擋作用和地表的摩擦力,也會引發大氣動力過程的變化,從而激發出更多的天氣系統,為我國東部的降水提供動力條件。

            有研究顯示,如果沒有青藏高原,夏季風帶來的降水可能只會分布在北緯20°以南,而北緯30°附近的江南“魚米之鄉”也可能和同緯度的北非和西亞一樣,因為雨水稀少而成為一片荒漠。

            正是由于青藏高原的助力,我國東部才會形成跨越熱帶、亞熱帶和溫帶三大溫度帶的大面積季風氣候區,而同樣由于青藏高原阻擋了來自印度洋的水汽,使得本就深處內陸的我國西北地區降水更加稀少,最終形成溫帶大陸性氣候。再加上青藏高原自帶的高原山地氣候,我國獨特的氣候格局,也就此形成。

            bqdt我國氣候概況示意圖

            副熱帶高壓

            如果說青藏高原是我國氣候格局的締造者,決定著400毫米等雨線的基本走向,那么副熱帶高壓就是我國雨季進程的指揮員,決定著不同年份等雨線的波動范圍。

            副熱帶高壓是常年存在于北半球副熱帶地區的高壓系統,夏季最強盛的時候幾乎能占據整個北半球面積的1/5到1/4。它的內部盛行下沉氣流,晴朗少雨,容易出現高溫;而它的北側和西北側,則是冷暖空氣交戰的主戰場,也是強降雨的集中地。

            每年4月底開始,副熱帶高壓就會化身大自然的“水汽搬運工”,攜手夏季風開啟北上之路,我國各地雨季也隨之陸續開啟。

            bqdt我國雨季進程圖

            4月至6月,副熱帶高壓開始北上之旅,華南地區正好處在其北側。隨著南海夏季風的爆發,冷暖空氣在這里頻繁交匯,激發出一場又一場的強降雨,華南前汛期就此開啟。此時降雨強度往往較大,還經常伴隨著雷暴大風、冰雹、龍卷風和短時強降水等強對流天氣,一天之內“潑水”400毫米以上也是有的。

            6月中旬至7月中旬,隨著副熱帶高壓的繼續北上,冷暖空氣交匯的位置也北抬至江南、長江中下游以及江淮地區。此時的連綿陰雨正好趕上了梅子成熟的季節,于是擁有了一個富有詩意的名字——梅雨。而實際上,梅雨季降水集中、日照時數少、濕度高、風力小,到處都彌漫著霉味兒,所以人們也常把梅雨稱為“霉雨”。

            7月下旬到8月上旬,副熱帶高壓繼續北上,來到了旅途的最北端——北緯30°左右。它控制下的江南等地終于告別梅雨,而處在其北側的華北、東北等地則迎來了“七下八上”主汛期。此時北方降雨集中、強度大,極端強降雨事件也多發。如今年河北、北京等地剛剛經歷的極端強降雨過程,還有歷史上的2021年鄭州“7·20”特大暴雨、2012年北京“7·21”特大暴雨、2007年濟南“7·18”特大暴雨、1996年河北“96·8”特大暴雨,都發生在“七下八上”期間。

            9月,副熱帶高壓開始南退,同時位置偏西,因此冷暖空氣交匯的主戰場轉移到了華西,綿綿的華西秋雨大幕開啟。華西秋雨降水量雖不大,但持續時間較長,不少地方經?!疤鞜o三日晴”。受地形影響,此時的降雨往往以夜雨為主,著名的“巴山夜雨”正是華西秋雨的真實寫照。

            9月底,完成使命的副熱帶高壓會迅速撤回到海上養精蓄銳,等待第二年再開工,我國的雨季也宣告結束。

            當然,這只是副熱帶高壓最基本的活動規律。如果具體到每一年,它的移動時間、影響范圍、強度都會有所變化,再加上其他影響降水的天氣系統和大氣環流等因素也不盡相同,因此每年我國降水的總量以及時空分布都有一定的差異性,400毫米等雨線也會隨之出現相應的波動。

            雨水改變了什么

            豐沛的雨水,能帶來哪些神奇的改變?

            400毫米等雨線,同時也是我國半濕潤區和半干旱區的分界線。在它的東側,豐沛的雨水滋養了郁郁蔥蔥、枝繁葉茂的森林,灌溉了稻香陣陣、麥浪滾滾的良田,匯聚了縱橫交錯、奔騰不息的大江大河,更孕育了光輝燦爛、歷久彌新的中華文明。

            我國的外流河(直接或間接流入海洋的河流),絕大部分分布在等雨線的東側,河流水量占到了全國河流總水量的95%以上。黃河孕育了偉大的中華文明,而長江上游的巴蜀文化、中游的楚文化、下游的吳越文化以及珠江流域的嶺南文化、松遼流域的女真文化等,則共同成就了豐富多元的中華文明。隨著經濟社會的發展,河流沿岸的城市也逐漸興起、繁榮,我國歷史上著名的七大古都——安陽、西安、洛陽、開封、北京、南京、杭州,都位于江河之濱,如今,我國也有三分之二以上的省會級城市都坐落在江河兩岸。千百年來,人們依水而居,城市因水而興,一直延續至今。

            演變:大數據看等雨線之變

            隨著時間的推移,400毫米等雨線發生了什么變化?中國天氣網通過深挖氣象歷史大數據,特別關注了這條線在近70年間的演變歷程。不變的是我國降水依然從東南向西北遞減,等雨線整體上相對穩定;變的是降水年際差異大,降水時間、空間分布波動大。

            降水異常年份波動明顯

            1951年以來,400毫米等雨線呈現波動中相對穩定的狀態,我國各地降水量年際差異較大,平均年降水量的階段性變化特征比較明顯。上世紀五十年代至六七十年代降水由多到少,八十年代到九十年代降水增多,而近幾年降水又有增多趨勢。

            我國降水異常的年份,400毫米等雨線出現了明顯的波動。1959年、1996年、1998年和2021年等幾個異常多雨年,等雨線十分靠西、偏北;而1986年、1997年、2009年等幾個少雨年,等雨線則靠東、偏南。

            以1997年和1998年為例,這兩年400毫米等雨線波動十分明顯。1997年,我國北方地區降水明顯偏少,華北、東北及西北東部等地的年降水量較常年偏少3成至5成,加上高溫、干旱十分嚴重,全國農田最大受旱面積達4.7億畝,等雨線一度南壓到山東東部、河南中部至陜西中南部一線;而1998年,我國長江流域降雨頻繁、強度大、覆蓋范圍廣、持續時間長,松花江流域雨季提前,降雨量明顯偏多,長江、嫩江、松花江等江河發生了特大洪水,等雨線東界推至內蒙古中部,南界北抬到陜西北部至甘肅東部一帶。

            警惕極端強降雨事件

            在400毫米等雨線附近,大部分城市的降水量在近幾十年時間里保持著波動變化的趨勢,且部分城市降水量在增多。從1961年至2020年的逐十年平均降水量數據來看,黑龍江愛輝、青海西寧、陜西榆林、西藏拉薩等地變化較為明顯,都呈現了降水增多的趨勢。 

            bqtb 等雨線周邊站點年均降水量變化

            這些400毫米等雨線沿線站點僅僅是一個縮影。有研究表明,在全球變暖大背景下,近40年,西北地區西部氣溫升高、降水增加,呈暖濕化趨勢。從多種氣候模型預測,未來30年,西北地區西部將繼續呈暖濕化趨勢。即使在變暖變濕的趨勢中,也會有少雨干旱的年份或低溫寒冷的年份,有時候強降雨還可能引發極端事件或出現旱澇急轉的情況。

            不只西北地區,最近幾年,東北、華北地區也呈現出降雨偏多的趨勢,且極端暴雨事件多發。根據國家氣候中心的統計,2021年,我國北方降水量為歷史第二多,僅次于1964年,北京、天津、河北年降水量均為歷史最多。當年7月20日,河南鄭州遭遇歷史罕見特大暴雨,單小時降雨量達到201.9毫米,打破中國大陸小時降雨量極值,引發大面積城市洪澇災害,造成重大人員傷亡和財產損失。而今年7月底8月初,北京、河北等地再次遭遇罕見持續極端暴雨,河北省邢臺市臨城縣趙莊梁家莊站累計降水量達1003毫米,幾乎在兩天就下了兩年的雨,北京市昌平王家園水庫和門頭溝高山玫瑰園兩站累計降水量均超過700毫米,遠超2012年北京“7·21”特大暴雨極值。

            “更熱、更旱、更澇”的未來正在到來,全球變暖加劇了氣候系統的不穩定和水循環,強降水更加顯著,極端性也增強了。今年世界氣象日的主題是“天氣氣候水,代代向未來”,全球變暖背景下,只有增進對天氣氣候系統的了解,采取更有力的行動應對挑戰,才能真正實現趨利避害,實現可持續發展,讓生命更安全,讓生活更美好。

            結語:因天氣而生 為發展而變

            400毫米等雨線,看起來是一條簡單的雨量分界線,實際上,它所帶來的天氣氣候早已潛移默化地給我們的生產方式、生活習慣打上了不同的標簽。

            有很多人就生活在這條神奇的線上,他們更容易感受到這條線的每一次“跳動”。伴隨著全球變暖,“畫線”的位置也有向北、向西挺進的趨勢,它所到之處降雨增多、積溫升高,改變著當地的種植結構和生態環境,也改變了人的生活。

            還有很多人,近幾十年正在努力地連接起這條線的兩端。從戈壁灘上的高速公路到連接崇山峻嶺的橋梁,從永凍土上的青藏鐵路到高原海拔最高的機場,從中歐班列到西氣東輸······線的兩端,從未聯系得如此密切過。人們更加頻繁地往來交流,也帶動著這條線以西地區的社會、經濟發展,使線的東西兩側實現資源互補、融合發展。

            有更多的人愿意跨過它,到西部感受壯美的風光、捕捉發展的機遇。從大興安嶺的皚皚積雪到黃土高原的溝壑縱橫,從三江源的春意盎然到雅魯藏布江的山花漫野······我們有百千種見證它的方式,每一段都是奇遇,每一眼皆是流光。

            參考文獻:
            《“400mm等雨量線”、長城與農耕游牧民族的分界線》、《北方農牧交錯帶界線的變遷及其驅動力研究進展》、《中國西北氣候干濕變化研究進展》、《基于CMIP5的中國西北地區暖濕化演變研究》、《西北地區氣候暖濕化背景下水汽、潛在蒸散及極端溫度和降水的變化特征》、《青藏高原隆升對亞洲季風形成和全球氣候與環境變化的影響》、《青藏高原感熱氣泵影響亞洲夏季風的機制》、《氣候:歷史的推手》、《中國氣候的基本特征》、《影響中國氣候的主要因子》、《青藏高原——亞洲季風的發動機》、《中國雨季的氣候學特征》、《過去45年中國干濕氣候區域變化特征》等。

            策劃:張慧  張方麗     設計:張莉      氣象專家:胡嘯      數據支持:劉秋鋒  王妍   王中秋      技術:張曉通  李強  劉佳

            審核:余曉芬  劉文靜  陳萌      監制:劉輕揚   張寅偉

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