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自唐以来,曾经水草丰茂的中国西北地区,大河日渐萎缩,广泽归于流沙。唯存楼兰古城的残垣,依稀诉说着丝绸之路当年的葱茏与繁华。岁月流转,沧海桑田。如今的大西北,古河重启,大湖再生,沙漠成绿洲,西北变江南。这究竟是昙花一现,还是春风又度玉门关?动画丨地理公社丨杜卓异
自唐以来,曾经水草丰茂的中国西北地区,大河日渐萎缩,广泽归于流沙。
唯存楼兰古城的残垣,依稀诉说着丝绸之路当年的葱茏与繁华。
岁月流转,沧海桑田。如今的大西北,古河重启,大湖再生,沙漠成绿洲,西北变江南。这究竟是昙花一现,还是春风又度玉门关?
动画丨地理公社丨杜卓异
一系列信号表明,中国西北地区正从暖干向暖湿转变。
大湖重生
洁白的雪峰,火红的彩丘,葱绿的河谷,河西走廊中部的张掖市,丝路遗风魅力尽显。摄影|李勇俊
唐后期,气候由温暖逐渐转向寒冷。
对气候变化极为敏感的西北地区,自此河流萎缩、绿洲消失。曾经烟波浩渺的罗布泊,逐渐湮没于漫漫流沙。正如史学家们和地理学家们一致认同的那样,气候与人类文明进程有着极为重要的关联。
此后千年,丝路曾经的繁华,黯然归于沉寂。
嘉峪关,牢牢扼守在河西走廊西端最狭窄的地方,也见证了西域商道曾经的繁华。摄影|王金
20 世纪末期的世纪之交,一系列转变悄然到来。
整个大西北,逝去千年的大河重又焕发青春。古湖重启,碧波盈盈。汉唐荣光,似将重归河西走廊。
每年夏季,怒放的野花将河西走廊山丹、民乐、肃南一带变成花海。摄影|王金
千百年来,河西走廊不仅是王朝屯兵戍边的前沿阵地,更是丝绸之路的黄金通道。它所依赖的,正是疏勒河、石羊河、黑河三大内陆河的哺育。
制图丨地理公社丨杜卓异
河西走廊三大内流河发源于祁连山,尾闾湖均位于沙漠之中。
疏勒河,古名“籍端水”,在河西走廊三大内陆河中排名第二。
疏勒河和党河交汇形成的河道湖,即为哈拉诺尔,面积最大时曾达70平方公里,相当于 12 个西湖。从清代开始,水面开始萎缩,并于上世纪五六十年代彻底干涸。
哈拉诺尔黄沙遍布,广袤荒凉。摄影|行摄大圣
然而,2016 年秋天,哈拉诺尔水面重现。2017 年春天,漫水面积已达 24 平方公里。
干涸 60 余年的哈拉诺尔,竟然碧波荡漾,重现了戈壁观海的美景。
哈拉诺尔天水相连,远望宛如“大海”。摄影|行摄大圣
无所不能的大自然,似乎为了证明这一切并非偶然。
2019 年 10 月中旬,满溢的哈拉诺尔湖水一路向西,沿着干涸了近 300 年的疏勒河故道,长驱 140 公里,流入更西端的尾闾湖哈拉齐。在库姆塔格沙丘间,形成一片片梦幻般的小湖泊,波光潋滟,草长莺飞,成为野骆驼和普氏野马的乐园。
看惯戈壁黄沙的敦煌市民,争相前往,一睹内陆观海的奇景。
哈拉齐现有水面5平方公里,而汉代达到200平方公里,相当于西湖的35倍。摄影|行摄大圣
石羊河,古名谷水,位列河西走廊第三大河。蜿蜒流转 250 公里后,在民勤绿洲消散于腾格里沙漠。
青土湖是石羊河的尾闾,西汉时期称潴野泽,广达 4000 平方公里,与青海湖面积相当。1959 年,青土湖完全干涸之后,流沙肆虐,形成长达 13 公里的风沙线,民勤绿洲岌岌可危。
民勤四方墩滩的村民,利用草方格阻击流沙,保卫家园。供图|青梭公益
2010 年秋季,干涸 51 年之久的青土湖,一面湖水悄然出现。
2020 年,水面扩大为 26.7 平方公里,形成旱区湿地 106 平方公里,彻底打破了
巴丹吉林和腾格里两大沙漠对它的合围。
民勤绿洲,沧桑历尽,又绝处逢生。
青土湖畔,10 万亩芦苇蓬勃丛生。供图|民勤
河西走廊三大内流河中,黑河居首。一江雪水向北流,终于居延海。
《水经注》中将其译为弱水流沙,古称居延泽。相传老子在这里得道成仙,西王母在这里宴请周穆王。历史记载,一代战神霍去病从这里四度出击匈奴。王维诗赞“居延城外猎天骄,白草连山野火烧”。
如此人文荟萃之地,广达 3000 平方公里的居延泽,竟于 1961 年被流沙掩盖。
额济纳旗的居延海古湖盆,枯死千年的胡杨。摄影|刀光间
2000 年伊始,600 多年未进水的黑河古河道,再度大河奔腾,浩浩汤汤,一泻千里。
历尽沧桑的居延泽,涅槃重生。
在大西北干旱和半干旱区,一系列江河湖泊的起死回生,并非孤立存在。
不仅甘肃河西走廊的江河纷纷复活,更为广阔的新疆大地上,一众湖泊也已悄然恢复青春。
新疆的湖泊以内流湖为主,对于降水和气候非常敏感。
艾比湖位于准噶尔盆地西南缘,为新疆最大的咸水湖。
1987 年,萎缩至 499 平方公里,近年来入湖水量大增。2020 年,水域已扩大到 805 平方公里,增加了 60 个西湖的面积。
艾比湖鸭子湾。丰富的水源补给让周边湿地重现生机。摄影|望萌
台特玛湖,位于塔克拉玛干沙漠东缘,是塔里木河和车尔臣河的尾闾湖。
上世纪中期,塔里木河下游 300 公里断流,台特玛湖彻底干涸。随同一起消失的,还有罗布泊。
自 2000 年起,上游的大西海子水库 21 次开闸放水,84.3 亿方清水流入塔里木河故道。胡杨再次茂密,红柳再次遍地,静水再次深流,台特玛湖归来,正如少年。
台特玛湖边的植被焕发出勃勃生机。摄影|王汉冰
218 国道横穿台特玛湖,行车其上,宛如水上公路,漫江碧透,流彩溢金。
谁也无法想象,曾经枯竭的大湖,竟能迎来“落霞与孤鹜齐飞,秋水共长天一色”。
湖周的湿地,成为野生动物的乐园。摄影|韩亮
在更为干旱的,青海柴达木盆地,遥感监测数据显示,2009 年以来,大部分湖泊面积呈波动增加趋势。
柴达木盆地中北部的小柴旦湖,1976 年面积仅为 40.4 平方公里,如今增长到了 103.94 平方公里,相当于原来的 2.5 倍。而在柴达木盆地西南部的台吉乃尔湖区,洪水泛滥,正在发生翻天覆地的变化。
台吉乃尔湖区为那棱格勒河尾闾,其变化赖于自然,也兼人为。
那棱格勒河,柴达木盆地第一大河,源于昆仑山脉的雪莲山,最终汇入台吉乃尔湖区。
2010 年 7 月 ,那棱格勒河发生特大洪水 。采盐企业在东、西台吉乃尔湖抢险救灾,分别修筑数十公里长堤封堵入湖通道,11 亿方洪水另辟蹊径,鸭湖面积迅速扩展到 300 平方公里,形成世界罕见的水上雅丹。
鸭湖水位达到一定高度后 ,再经西台吉乃尔湖北岸的苦水沟,绕道流入最西端的一里坪湖。摄影|姜曦
由于长堤的阻挡,东台吉乃尔湖失去了河水补充,水位下降,泥沙逐渐沉淀,显得尤为清澈。这个古老的硫酸镁亚型盐湖,在高原阳光的照射下,呈现出深浅不一的蓝色。
遗世独立万年,终于破茧成蝶,羽化为仙。
东台吉乃尔湖饱含高浓度盐分,析出的盐结晶使湖底呈现出特殊的纹路和节理,在光线的折射作用下,湖水呈现出斑斓的色彩。摄影|姜曦
这一抹大西北的蒂芙尼蓝,丝毫不逊色马尔代夫。
复活的东台吉乃尔湖,成为茶卡盐湖之后又一新晋网红打卡地,无数人慕名而来。于水天相接处,步入洁白长堤,恍如来到了梦中的世界。
纯净的湖水倒映着蓝天,爱如潮水。摄影|姜曦
短短几十年,从河西走廊到塔克拉玛干沙漠,从准噶尔盆地到柴达木戈壁,整个大西北的内陆湖泊水位呈现全面上升趋势。
内陆湖泊的变化,是气候变化的一面镜子。在西北干旱和半干旱地区,湖泊面积的扩大主要源于河川径流的增加,而河川径流来自降水以及冰川融水。
西北湖群的扩大,意味着由暖干转向暖湿一场气候巨变正在静悄悄地发生。
变暖变湿,西北是否成江南
中国'冰川之父”施雅风院士,多年来深耕西部冰川。
从 1957 年开始,施雅风(1919-2011 年)踏遍西部的雪山冰川,成为中国现代冰川科学的开拓者和奠基人。供图|沈永平
1987,历史应该记住这特殊的一年。
正是在这一年,西北西部地区气候出现向暖湿转型的突变。天山中部的博斯腾湖主要补给源开都河,在大山口站的年径流量从 1986 年的 24.7 亿方增加到 2000 年的 49.7 亿方,整整翻了一番。
开都河迅猛的年径增量,可以直接指示天山山区降水和冰川融水大幅度增加的特征。摄影|王汉冰
2001 年,施雅风从胡汝骥教授的论文中得知,博斯腾湖自 1955 年有记录以来,水位一直呈下降趋势,面积也缩小了 13%。
但从1987年开始,湖水出现前所未见的快速上升。至 2001年,博斯腾湖水位已恢复到 1956 年丰水期的水平。
制图丨地理公社丨杜卓异
2002 年,博斯腾湖水位累计上升了 4.5 米,超过历史最高水平 1 米。
博斯腾湖的降水量和入湖径流量,显著超过了蒸发量、输出量和灌溉用水量之和。湖区连续 15 年未见衰减的水位快速上升,指示山区水文环境发生了重大变化。
施雅风由此推断,西北气候已出现向暖湿转型的明确信号。
2002 年,博斯腾湖面积扩大到 1000 平方公里以上,相当于 200 个西湖。摄影|王汉冰
2002 年 6 月,施雅风带领团队远赴新疆深入调研,西北暖湿化的轮廓逐渐清晰。
2002 年 9 月,在施雅风的倡议下,中科院寒区旱区环境与工程研究所联合中国气象局气候中心、新疆自治区水文水资源局等 10 个单位,在兰州举行研讨会。
科学家们基本认同了,西北气候由暖干向暖湿转型的假设,并对其产生的影响前景做出评估和预估。
制图丨地理公社丨杜卓异
通过综合评估河川径流量、湖泊水位这些气候转型信号,施雅风把西北地区的气候变化分为三个区域:即显著转型区(出现显著变湿),轻度转型区(出现变湿趋势)和未转型区(持续暖干区)。
水文资料,是非常重要的气候变化信号。
在新疆 26 条主要河流中,18 条河流的平均年径流量均有显著增加。1987-2000 年平均年径流量较 1956-1986 年,增幅为5%-40%。
制图丨地理公社丨杜卓异
1987-2000 年新疆河流平均年总径流量较 1956-1986 年增加了 62.1 亿方,增幅为 7%。
降水量,是更为直接的指标。
1987-2000 年的平均年降水量与 1961-1986 年的平均值比较,新疆北部增加了 22%、南部增加了 33%、天山增加了 12%;祁连山区、河西走廊中西部,以及青海高原的部分地区,平均增加幅度在 10%-20% 之间。
黑河发源于祁连山区,从 1980 年代中后期开始,出山径流持续增大。摄影|查理
随着降水量的增加,利用 NOAA/AVHAR 卫星监测数据分析,发现 1981-2001 年西北全区植被显著改善区域达到 13%。
主要改善地区为新疆西部、北部及南部和田附近,甘肃河西走廊及兰州附近,宁夏银川平原和陕北榆林附近。
动画丨地理公社丨杜卓异
降水量的增加以及人为因素,对植被改善起了决定性作用。
植被的改善以及风速的降低,大大降低了沙尘暴的发生频率。1990 年代相比 1960-70 年代,全国沙尘暴总日数断崖式下降。
制图丨地理公社丨杜卓异
从逐年全国沙尘暴总日数变化可看出,20 世纪 60-70 年代沙尘暴最多,80 年代中期以后降至平均水平以下。
2002 年,施雅风团队评估西北气候变化时,降水增加主要在西北地区中西部,包括新疆、甘肃河西走廊及青海部分地区,并预言西北地区东部也将向暖湿转变。
经过十几年的变化验证,监测数据显示,2004 年之后,陕西、甘肃东部的降水如同预期开始缓慢增加。最近几年降水增加更加明显,而地面植被也以肉眼可见的速度逐渐恢复。
陕西延安市吴起县铁边城镇三谷窑村地处黄土高原,图为2012年(上)和1984年(下)的景象对比。
毛乌素沙地是我国四大沙地之一,位于陕西省榆林市和内蒙古鄂尔多斯市之间,总面积为 3.8 万平方公里,与宝岛台湾面积相当。近年来,沙地的生态状况全面好转,榆林市沙化土地治理率已达 93%。
毛乌素沙地作为一个名词,即将成为历史。
1949 年以前,榆林市林木覆盖率只有 0.9%,如今森林覆盖率提高到 33%。摄影|马里奥
从沙进人退,到绿进沙退,毛乌素沙地的历史性转变可以归结为:七成在人,三成在天。
2000 年以后,当地降水量平均每年增加 5.7 毫米。近 50 年来,毛乌素沙地南缘年平均降水量为 425 毫米,而 2017 年则增加到 637 毫米,相当于北京的年降雨量。
毛乌素沙地黄河银川段生态区。摄影|图图看客
2000 年以后,西北地区的暖湿化趋势更加明显,并开始向青藏高原扩展。近 20 年来,伴随着降水的增加,青藏高原的湖泊大量扩张,极端降水事件也明显增加。
近四十年来,青藏高原在 5 至 6 月的初夏时节,降水呈显著增加趋势,受此影响植被明显变绿。摄影|张超音
2011 年 8 月中旬,可可西里腹地持续降雨,卓乃湖水面快速上涨。9 月 14 日,引发东岸溃决,溢出的洪水在高原面上,冲出一道深宽的洪沟。
卓乃湖东岸决口处出现的跌坎小瀑布,高达 5 米。摄影|杨勇
十几亿立方米的湖水奔腾而下,流进了东边的库赛湖,引发连锁反应。随后库赛湖湖水外溢,与其东边的海丁诺尔湖及盐湖相连。
2020 年 7 月,盐湖面积扩展到 200 平方公里,湖泊水位仅比分水岭最低处低 4 米。一旦溃决,湖水最终通过清水河,汇入长江北源楚玛尔河,成为长江最北源。
制图丨地理公社丨杜卓异
2020 年,盐湖疏导应急工程完工,湖水被引流到地势低洼的地方,盐湖水位逐渐趋于稳定。
整个西北六省,由于降水量增加,植被生长季 NPP,即植物净初级生产力,总体上呈增加趋势,并且在 1999 年发生突变,由不显著增加变为显著增加。
净初级生产力显著上升区域主要在农牧交错带附近。
各项监测数据显示,施雅风当年推测的暖湿时期,在西北东部提前出现。
整个西北地区,已经全面呈现出暖湿化趋势。但这种趋势是属于年代际、百年际还是更长时间尺度的气候变化?科学界一直未有定论。
温暖大中国,世纪之变还是昙花一现
中国西北地处在亚洲大陆内部,远离海洋水汽源,沙漠和戈壁广布,严格限制了为空中补充本地水汽,从而降低了降水增加率。
数百年来,过度的地下水开发、植被破坏、土壤水分减少,这些也增加了气候转型的困难。
西北地区降水稀少,因此干旱和水资源紧缺是西北地区的重要特征。
近年来,西北地区河川径流加大,除了降水增加,冰川消融加剧是一个重要因素。
西北干旱区共有现代冰川 22240 条,面积 27974 平方公里。随着气候变暖,冰川消融扩大,估算 1960-1995 年间,西北冰川已减少 1400 平方公里,相当于减少了 8%。
2020 年 10 月,在海拔近 6000 米的阿尼玛卿冰川积累区顶部,第二次青藏科考三江源冰川科学考察分队,成功钻取一支总长度为 170 米的高质量山地透底冰芯,为研究该区域过去几千年以来气候和环境变化提供了准确科学信息。摄影|陈春石
祁连山的冰川退缩更为严重,根据中国第二次冰川编目统计,祁连山地区冰川共有 2684 条,面积 1597 平方公里。
与第一次冰川编目相比,冰川退缩了 420.81 平方公里,从 1956年 到 2010 年,五分之一的冰川消失了。
制图丨地理公社丨杜卓异
当冰川厚度严重变薄,末端迅速后退减少的消融量超过面上增加的消融量时,冰川融水将会迅速下降。
对于西北水资源的前景,国家气候中心首席研究员姜彤并不乐观。
由于冰川退缩到一定程度后将无冰可化,他认为到 2050-2070 年,西北地区河流径流量可能不再增加,气候地理格局决定了西北地区不会变成江南。
柴达木盆地绝大多数地区年降水不足 100 毫米,但潜在蒸发量超过 2000 毫米,极为干旱。摄影|张超音
国家气候变化专家委员会副主任丁一汇院士,对西北暖湿化前景持谨慎乐观态度。
通过水汽来源分析,丁一汇发现,外来水汽对降水效率和降水量的贡献远远大于本地水汽的贡献,因而外来水汽的增加是西北变湿的主要原因。即使将来冰川融水减少,只要外来水汽不减少,西北的河川径流到 21 世纪中叶仍有可能增加。
制图丨地理公社丨杜卓异
对于西北降水产生的贡献率,西北地区之外的水汽供应者约为区域内循环的 20 倍。
具体而言,西北外来水汽主要来自太平洋、阿拉伯海、印度洋。随着北极变暖,海冰快速融化,来自北冰洋的水汽也在增加。
制图丨地理公社丨杜卓异
四个地方的水汽集中到西北,水汽输送加强,西北降水增多。
西北地区的水汽输送,不仅受到来自大西洋和北冰洋的西风气流的影响,还有南亚季风和东亚季风的入侵,同时还受青藏高原地形的深厚影响。
西南暖湿气流经青藏高原和东部雅鲁藏布江峡谷进入西北地区,其活动和夏季风一致。供图|NASA
通过分析西北变湿的季节性差异,丁一汇认为西北的暖湿化主因并不是局地或区域性原因,地球变暖驱动水循环加剧可能是西北气候暖湿化的根本原因。
动画丨地理公社丨杜卓异
2019 年,全球平均气温比工业革命前高 1.1 摄氏度。2009-2018 年,是过去 1700 年以来最暖的 10 年。
受此影响,1980 年以来全球水循环都在加强,全球陆地降水从 1950 年以后都在增加、1990 年代以后出现快速增加趋势。
动画丨地理公社丨杜卓异
在全球变暖的大背景下,中国西北地区自 19 世纪 60-80 年代小冰期结束后,基本上处于向暖干化发展。
20 世纪 80 年代以来,气温上升的势头更加强烈。
实测记录表明,中国西部气温,以每 10 年 0.3 摄氏度的趋势上升。1987-2000 年与 1961-1986 年相比,西北地区平均气温升高了 0.7 摄氏度。
2018 年 7 月 31 日,新疆哈密市小堡区域突降特大暴雨,1 小时最大降雨量达到 110 毫米,而当地历史最大年降雨量为 52.4 毫米。 供图|中新社
过去 30 年,是最近 1400 年来气温最高的 30 年,持续升高的温度正在逼近距今 3-4 万年前间冰期时代的气温。
当时,中国出现了特殊的暖湿气候。
西部河湖众多,阔叶树种类丰富,青藏高原降水量比现代要高出 40-100% 。柴达木盆地的湖区面积达到 2.5 万平方公里,湖面高出现代 50-60 米。
制图丨地理公社丨杜卓异
甘肃民勤县境内的白碱湖现在虽是一片盐滩,在3万多年前湖面却达1.6万平方公里,与北京面积相当。
施雅风有关西北地区气候转型的评估报告中,综合考虑太阳黑子周期长度变化以及温室气体与气溶胶变化,预测至 21 世纪末,西北气温增幅可能达到 2.67 摄氏度。
根据古里雅冰芯的记载,这个温度相当于 6000-7200 年前的全新世大暖期鼎盛阶段。
此时,正值仰韶文化时期,中国的农业与人口均有很大发展,青海湖年降水高于现代 70%-80%,内陆湖泊均处于高水位,沙漠大为萎缩 。
动画丨地理公社丨杜卓异
预测至 2050 年,西北各省区平均气温将上升 1.9 摄氏度,这个气温相当于公元 3 世纪左右的秦汉暖期。
此时,甘肃民勤的猪野泽超过 4000 平方公里;有 109 万军民在鄂尔多斯高原生活;罗布泊是一片水草丰美的大湖,滋养了楼兰古国 14000 人口,“广袤三百里,其水亭居,冬夏不增减”,成为丝绸之路的咽喉。
动画丨地理公社丨杜卓异
古气候相似研究表明,数百年至千年级暖期通常表现为暖湿型气候,降水增加,径流丰富,植被茂盛,气象学家竺可桢 1972 年发表的《有关中国近五千年来气候变迁的初步研究》则佐证了这个结论。
竺可桢(1890-1974 年),作为中国现代气象科学的奠基人,他关于气候变化的一系列奠基性研究,对于今天认识这一全球重大问题,具有基础的科学意义。摄影|敖恩洪
结合史学、物候、方志和仪器观测,竺可桢将过去 5000 年的气候变化,大致划分为 4 个温暖期和 4 个寒冷期。
在公元前 3000 年至公元前 1100 年的第一个温暖期,黄河两岸长满青翠的竹子,野象在中原大地奔跑。
第二个温暖期对应的是春秋战国和秦汉时期,齐鲁地区可一年两熟。
第三个温暖期是隋唐时期,长安城冬季经常无冰雪,可种梅花与柑桔。
第四个温暖期对应北宋至元中叶,回暖程度不高,象群栖息的北界已移至南岭以南。
制图丨地理公社丨杜卓异
从温度变化曲线分析,中国目前的平均温度已经与第三个暖期隋唐相仿。
温暖中国,正在进行时。
这不是全球变暖之下,一个小小的插曲,更不是于我们的生活相去甚远的茶余饭后。气候,这只翻云覆雨手,在当下以及可见的未来,势必对全球以及我们的国家和民族产生无法估量的影响。
竺可桢先生的论文发表于上个世纪 70 年代,当时虽未明确是否进入下一个温暖周期,却揭开了中国变暖的冰山一角,为冷暖周期的理论奠定了坚实的基础。施雅风先生从西北暖湿化入手,大胆假设、小心求证,接力完成了中国第五个温暖周期的蓝图描绘。
“年衰未敢忘忧国,志寄新生兴九州”,中国老一辈科学家以他们认真的治学态度、无坚不摧的果敢坚毅,筚路蓝缕,只想为饱经沧桑的国家和民族辨别方向,保驾护航。
人们常常因科学的严谨,而将科学家冠以刻板的印象,但事实上以天下为己任的情怀往往是科学家们更为宝贵的品格。
对他们而言,以贡献感为指引,无所谓得失的探索与牺牲,既是幸福的,更是自由的。
柴达木盆地瑞雪。摄影|Master
——《平凡的世界》陕北作家 路遥
创作团队
撰文:k2k2k2
图片:赵 嘉
地图:杜卓异
审核:沈永平
参考文献:
1.《中国西北气候由暖干向暖湿转型问题评估》施雅风,气象出版社
2.《近 50 年来中国西北地区干湿状况时空分布》靳立亚、李静、王新、陈发虎,地理学报
3.《中国气候》丁一汇,科学出版社
4.《中国东部 6 区域近 1000 年干湿序列的重建和气候跃变分析》张德二、刘传志、江剑民, 第四纪研究
5.《华北地区 500 年滑动平均降水场序列重建》荣艳淑, 屠其璞.. 气象科技, 2004, 32(3): 163-167
6.《2000 年来我国旱涝气候演化的阶段性和突变》张丕远, 葛全胜, 张时煌等. 第四纪研究, 1997
7.《2000—2015 年中国荒漠化土地识别和监测》胡云锋、张云芝、 韩月琪,干旱区地理,2018 年 11 期