Климат пустынь: Анализ температурных и осадочных режимов по всему миру

Пустынный климат, характеризующийся крайней засушливостью и уникальными колебаниями температур, покрывает значительную часть земной суши. Эти среды, кажущиеся бесплодными, являются домом для разнообразных экосистем и демонстрируют поразительные адаптации к суровым условиям. В этом всеобъемлющем руководстве рассматриваются тонкости климата пустынь с упором на температурные и осадочные режимы, различные типы пустынь, а также проблемы и возможности, которые представляют эти засушливые ландшафты.

Что определяет климат пустыни?

Определяющей характеристикой пустынного климата является крайне низкий уровень осадков. Хотя популярный образ пустыни связан с палящим зноем, не все пустыни жаркие. Существуют также холодные пустыни, отличающиеся морозными температурами зимой. Таким образом, и температура, и осадки являются ключевыми факторами для классификации региона как пустыни. Для классификации пустынного климата используется несколько критериев, в основном ориентированных на годовое количество осадков и диапазоны температур.

Классификация климатов Кёппена является широко используемым методом. Она определяет пустынный климат как тот, где потенциальная эвапотранспирация (количество воды, которое могло бы испариться и испариться с растительной поверхности при наличии достаточного количества воды) значительно превышает количество осадков. В частности, пустыни делятся на два основных типа:

• Жаркие пустыни (BWh): Характеризуются высокими средними температурами, особенно летом.
• Холодные пустыни (BWk): Отличаются холодными зимами со значительными периодами отрицательных температур.

Другой подход предполагает установление порога годового количества осадков. Регионы, получающие менее 250 миллиметров (10 дюймов) осадков в год, обычно считаются пустынями. Однако это определение может быть гибким в зависимости от температуры и других местных факторов.

Температурные режимы в климате пустынь

Температурные режимы в пустынях характеризуются экстремальными суточными (дневными) и сезонными колебаниями. Это означает, что в пустынях могут быть невероятно жаркие дни, сменяющиеся удивительно холодными ночами, а лето кардинально отличается от зимы. Эти колебания обусловлены несколькими факторами:

• Отсутствие облачного покрова: Ясное небо способствует интенсивному солнечному излучению днем, что приводит к быстрому нагреву. Ночью отсутствие облаков позволяет теплу быстро уходить в атмосферу, что приводит к значительному охлаждению.
• Низкая влажность: Сухой воздух имеет меньшую способность удерживать тепло по сравнению с влажным воздухом. Это способствует быстрым колебаниям температуры.
• Скудность растительности: Ограниченный растительный покров означает, что меньше энергии используется на эвапотранспирацию (процесс, при котором вода переносится с суши в атмосферу путем испарения с почвы и других поверхностей и путем транспирации растений). Таким образом, больше энергии доступно для нагрева земной поверхности.
• Состав почвы: Песчаные или каменистые почвы, характерные для пустынь, имеют низкую теплоемкость, что означает, что они быстро нагреваются и остывают.

Жаркие пустыни (BWh)

Жаркие пустыни, такие как Сахара в Северной Африке, Аравийская пустыня на Ближнем Востоке и Сонорская пустыня в Северной Америке, известны своей экстремальной жарой. Ключевые характеристики включают:

• Экстремальные дневные температуры: Летние дневные температуры могут подниматься выше 45°C (113°F), а в некоторых районах часто превышают 50°C (122°F). Самая высокая зарегистрированная температура на Земле, 56,7°C (134°F), была зафиксирована в Долине Смерти, Калифорния, которая является жаркой пустыней.
• Значительный суточный диапазон температур: В то время как дневные температуры палящие, ночные могут резко падать, иногда на 20-30°C (36-54°F). Это происходит потому, что отсутствие влажности и облачного покрова способствует быстрому радиационному охлаждению.
• Мягкие или теплые зимы: Зимние температуры обычно мягкие или теплые, редко опускающиеся ниже нуля, за исключением высокогорных районов.
• Длинное лето: Лето продолжительное, часто длится несколько месяцев.

Пример: В пустыне Сахара средние июльские температуры могут достигать 40°C (104°F) днем, опускаясь ночью примерно до 20°C (68°F). Зимние температуры обычно составляют около 25°C (77°F) днем.

Холодные пустыни (BWk)

Холодные пустыни, такие как пустыня Гоби в Монголии и Китае, Патагонская пустыня в Аргентине и пустыня Большого Бассейна в США, отличаются холодными зимами со значительными периодами отрицательных температур. Ключевые характеристики включают:

• Холодные зимы: Зимние температуры регулярно опускаются ниже нуля, часто достигая -20°C (-4°F) или ниже. Во многих холодных пустынях обычен снегопад.
• Жаркое или теплое лето: Летние температуры все еще могут быть довольно теплыми, хотя они, как правило, ниже, чем в жарких пустынях.
• Значительный суточный диапазон температур: Подобно жарким пустыням, в холодных пустынях наблюдается большая разница между дневными и ночными температурами.
• Относительно короткое лето: Теплый сезон короче по сравнению с жаркими пустынями.

Пример: В пустыне Гоби средние январские температуры могут опускаться до -25°C (-13°F), в то время как средние июльские температуры могут достигать 20°C (68°F). Суточный диапазон температур может быть значительным, особенно в межсезонье (весной и осенью).

Осадочные режимы в климате пустынь

Недостаток осадков является определяющей характеристикой всех пустынных климатов, но время, форма и надежность дождей могут значительно варьироваться. Понимание этих режимов имеет решающее значение для понимания экосистем пустынь и проблем жизни в этих условиях.

Низкое годовое количество осадков

Как упоминалось ранее, пустыни обычно определяются как регионы, получающие менее 250 миллиметров (10 дюймов) осадков в год. Однако некоторые пустыни получают еще меньше. Пустыня Атакама в Чили, например, считается самой сухой неполярной пустыней на Земле, где в некоторых районах практически не выпадает осадков в течение многих лет или даже десятилетий.

Непредсказуемые режимы осадков

Осадки в пустынях часто бывают крайне изменчивыми и непредсказуемыми. Годы засухи могут сменяться периодами интенсивных дождей, приводящих к внезапным наводнениям. Эта непредсказуемость затрудняет адаптацию как для растений, так и для животных. В Сахаре, например, в некоторых районах может не быть дождя несколько лет, после чего одно интенсивное дождевое событие временно оживляет пустынный ландшафт.

Форма осадков

Форма осадков (дождь, снег, мокрый снег или град) зависит от температурного режима пустыни. В жарких пустынях основной формой осадков является дождь. В холодных пустынях в зимние месяцы обычен снегопад. В некоторых пустынях может наблюдаться сочетание дождя и снега в зависимости от сезона и высоты.

Типы осадков в пустынях

Механизмы, вызывающие осадки в пустынях, могут быть различными:

• Конвективные осадки: Происходят, когда земля нагревается, заставляя воздух подниматься, охлаждаться и конденсироваться в облака, что приводит к выпадению осадков. Конвективные осадки распространены в жарких пустынях в летние месяцы.
• Орографические осадки: Происходят, когда воздух вынужден подниматься над горами. При подъеме воздух охлаждается и конденсируется, что приводит к осадкам на наветренной стороне горы. Подветренная сторона горы получает мало или совсем не получает осадков, создавая дождевую тень пустыни. Пустыня Атакама является примером пустыни дождевой тени, так как она расположена в дождевой тени Андских гор.
• Фронтальные осадки: Происходят, когда холодная воздушная масса встречается с теплой воздушной массой. Холодная воздушная масса заставляет теплую подниматься, охлаждаться и конденсироваться, что приводит к осадкам. Фронтальные осадки более распространены в пустынях средних широт, таких как пустыня Большого Бассейна.

Различные типы пустынь

Пустыни не являются монолитными образованиями. Их можно классифицировать на основе различных факторов, включая географическое положение, температурные режимы и доминирующие типы растительности. Понимание этих различных типов помогает оценить разнообразие пустынных сред по всему миру.

По географическому положению

• Субтропические пустыни: Расположены вблизи тропиков Рака и Козерога, эти пустыни характеризуются высокими температурами и низким уровнем осадков. Примеры: пустыня Сахара, Аравийская пустыня и пустыня Калахари.
• Прибрежные пустыни: Расположены вдоль побережий, эти пустыни находятся под влиянием холодных океанских течений, которые создают стабильные атмосферные условия и подавляют выпадение осадков. Примеры: пустыня Атакама и пустыня Намиб.
• Пустыни дождевой тени: Расположены на подветренной стороне горных хребтов, эти пустыни получают очень мало осадков из-за эффекта дождевой тени. Примеры: пустыня Атакама (частично) и пустыни к востоку от Сьерра-Невады в США.
• Пустыни средних широт: Расположены во внутренних районах континентов, эти пустыни отличаются жарким летом и холодной зимой. Примеры: пустыня Гоби, Патагонская пустыня и пустыня Большого Бассейна.
• Полярные пустыни: Хотя их часто упускают из виду, полярные регионы также можно считать пустынями из-за чрезвычайно низкого уровня осадков. Эти области характеризуются отрицательными температурами круглый год и очень небольшим количеством снегопадов. Примеры: части Антарктиды и Арктики.

По температурному режиму

• Жаркие пустыни (BWh): Как описано ранее, эти пустыни характеризуются высокими средними температурами, особенно летом.
• Холодные пустыни (BWk): Как описано ранее, эти пустыни отличаются холодными зимами со значительными периодами отрицательных температур.

По типу растительности

• Песчаные пустыни: Преобладают песчаные дюны и относительно редкая растительность.
• Каменистые пустыни: Характеризуются скалистым рельефом и ограниченным почвенным покровом.
• Щебнистые пустыни: Покрыты щебнем и мелкими камнями.
• Солончаковые пустыни: Характеризуются высокой концентрацией солей в почве.

Адаптации к климату пустынь

Несмотря на суровые условия, пустыни являются домом для удивительного разнообразия растений и животных, которые выработали замечательные адаптации для выживания в этих средах. Эти адаптации можно условно разделить на:

Адаптации растений (Ксерофиты)

• Глубокие корневые системы: Для доступа к грунтовым водам глубоко под поверхностью.
• Мелкие, широко распространенные корневые системы: Для быстрого впитывания дождевой воды до ее испарения.
• Уменьшенная площадь листьев: Для минимизации потери воды через транспирацию. Примеры включают маленькие листья, колючки или полное отсутствие листьев.
• Толстая, восковая кутикула: Для уменьшения потери воды с поверхности растения.
• Накопление воды: Суккуленты, такие как кактусы, накапливают воду в своих стеблях или листьях.
• Засухоустойчивость: Способность выживать в течение длительных периодов без воды.
• Эфемерность: Некоторые пустынные растения являются эфемерами, что означает, что они завершают свой жизненный цикл за короткий период времени после дождя, производя семена, которые могут выживать годами до следующего дождевого события.

Адаптации животных

• Ночной образ жизни: Чтобы избежать экстремальной дневной жары. Многие пустынные животные активны только ночью.
• Рытье нор: Чтобы спастись от жары и влажности на поверхности.
• Сохранение воды: Животные выработали различные механизмы для сохранения воды, такие как производство концентрированной мочи и кала.
• Метаболическая вода: Некоторые животные могут получать воду из пищи посредством метаболических процессов.
• Термостойкость: Способность выдерживать высокие температуры тела.
• Камуфляж: Чтобы сливаться с пустынной средой и избегать хищников.

Примеры: Верблюды в пустыне Сахара могут выживать долгое время без воды благодаря своей способности накапливать воду в тканях и эффективной работе почек. Кенгуровые крысы в пустынях Северной Америки могут выживать без питьевой воды, получая всю необходимую воду из пищи. Фенек, обитающий в Сахаре, имеет большие уши, которые помогают рассеивать тепло.

Опустынивание и изменение климата

Опустынивание, процесс превращения плодородных земель в пустыню, является серьезной экологической проблемой, особенно в засушливых и полузасушливых регионах. Изменение климата усугубляет опустынивание посредством:

• Повышения температур: Более высокие температуры приводят к увеличению испарения и более сухим условиям.
• Изменения в режимах осадков: Изменение климата может изменять режимы дождей, приводя к более частым и сильным засухам в некоторых районах.
• Деградация земель: Нерациональные методы землепользования, такие как перевыпас и вырубка лесов, могут способствовать опустыниванию.

Последствия опустынивания серьезны, включая:

• Потеря сельскохозяйственных земель: Снижение продовольственной безопасности.
• Дефицит воды: Усугубление водного стресса в уже засушливых регионах.
• Рост бедности: Перемещение населения и нарушение средств к существованию.
• Пыльные бури: Способствуют загрязнению воздуха и проблемам со здоровьем.

Борьба с опустыниванием требует многогранного подхода, включающего:

• Устойчивое землепользование: Внедрение практик, предотвращающих эрозию почвы и способствующих ее здоровью.
• Сохранение водных ресурсов: Более эффективное использование водных ресурсов.
• Лесовосстановление и облесение: Посадка деревьев для стабилизации почвы и увеличения количества осадков.
• Смягчение последствий изменения климата: Сокращение выбросов парниковых газов для замедления темпов глобального потепления.

Заключение

Пустынный климат с его экстремальными колебаниями температур и скудными осадками представляет собой уникальные вызовы и возможности. Понимание сложного взаимодействия температуры, осадков и других факторов окружающей среды имеет решающее значение для осмысления экосистем пустынь и решения проблем опустынивания. Изучая адаптации растений и животных к этим суровым условиям и внедряя устойчивые методы землепользования, мы можем лучше защитить эти ценные экосистемы и сообщества, которые от них зависят.

Будущее пустынных регионов зависит от нашей способности смягчить последствия изменения климата и содействовать устойчивому развитию. Работая вместе, мы можем обеспечить, чтобы эти уникальные и хрупкие среды продолжали процветать для будущих поколений.

Дальнейшее изучение

Чтобы узнать больше о климате пустынь, рассмотрите следующие ресурсы:

• Конвенция ООН по борьбе с опустыниванием (КБОООН)
• Всемирная метеорологическая организация (ВМО)
• National Geographic
• Научные журналы по климатологии и экологии