亚洲中部干旱气候研究综述与机理分析

戴新刚，汪 萍

（1.中国科学院大气物理研究所东亚区域气候—环境重点实验室，北京100029；2.中国气象局大气化学重点开放实验室，中国气象科学院，北京100081）

亚洲中部是北半球中纬度最大的干旱区，传统陆上丝绸之路贯穿其中，构成了一条横跨欧亚大陆的贸易文化走廊[1-2]。2013年中国提出“一带一路”战略构想[3]，可视为一个“现代丝绸之路”规划，为沿途国家的经济发展注入了新的动力。研究亚洲大陆中部干旱气候成因对于理解过去丝绸之路存在的气候背景，以及规划未来欧亚大陆经济带建设均有重要意义。因古丝绸之路存在约2000 a[4]，其干旱气候以地质时间尺度（千年）为背景，气候波动主要受历史气候时间尺度（百年）及多年代至年代尺度气候变化的影响，其中阶段性冷、暖、干、湿等气候波动或气候事件的影响尤为明显[5-6]，如历史上的中世纪暖期[7]，小冰期等[8-9]。多年代至年代尺度气候变化主要源于海洋和大气的相互作用，在几个海气相互作用敏感区形成了著名的年代尺度或多年代尺度海温遥相关型，如北大西洋多年代尺度涛动（AMO）[11]，北太平洋年代尺度涛动（PDO/IPO）等[12-14]。这些年代—多年代尺度海气相互作用引起的气候变化来源于气候系统内部，而百年尺度及其以上的气候变化可能主要与外部强迫密切关联，如太阳活动、火山爆发等[10]。进入20世纪后人类活动的影响逐渐增强，CO2等温室气体的排放造成的全球气候暖化已经成为近百年气候变化的主要特征[15-17]。以往的研究显示，虽然亚洲中部干旱区存在明显的气候波动[18]，但欧亚大陆大尺度气候格局（大尺度干湿气候区）并未改变。这种地质时间尺度或更长时间尺度干旱气候格局的持续，使亚洲中部土地逐渐退化，形成了大片戈壁、沙漠[19-20]。Manabe[21-22]最早基于数值试验研究了中纬度干旱的起源问题，指出青藏高原和落基山脉的隆起致使大气定常波形成，减弱了临近海洋向欧亚大陆腹地及北美西部干旱区的直接水汽输送，并导致风暴频发地（风暴路径）的变化。不过，该研究未对干旱区形成的物理过程或形成机理做进一步的分析。亚洲中部干旱气候格局的形成应该既有大气动力学上的原因，也有热力学气候背景。本文拟从干旱区形成的水—热条件及其对应的大气环流型等方面入手，借助大尺度气候分类法[23]，分析亚洲中部干旱区所属的气候类型，研究其形成机理。

下文首先介绍气候分类法，包括柯本气候分类和大尺度气候分类法[24-25]，而后对青藏高原四周气候进行区划，分析其季节循环中降水与气温的位相配置（水—热配置，下同）及其与区域气候干湿的联系，以及其与水汽输送方向和伴随的水汽散度之间的对应关系等，据此解释降水的季节分布特征，并进一步分析了其与大气环流动力—热力学量的配置关系，从而揭示亚洲中部干旱区的形成过程和机理，最后讨论了亚洲中部干旱区气候的季节变化与季风区之间的平均气流水汽通量散度之间的互动，以及大气环流内部平均与瞬变涡动水汽通量散度之间的季节性互动或耦合等问题。

1 气候分类法

1.1 柯本气候分类法

研究区域气候形成机理必然涉及气候分类问题。1920年德国气象学家柯本（Wladimir Peter Köpen）依据地表植被类型和气象观测记录提出了所谓的柯本气候分类法（Köppen Climate Classification System）[24-25]。据此，全球陆地大致可以分成31类气候区，其中热带—副热带沙漠统称为热沙漠（Hot desert），中纬度沙漠被归为冷沙漠（Cold desert）[26]。由于气温是柯本气候分类法中的主要因子，从而造成气候分类中的分区过细过碎（图1），其原因是大气垂直方向存在静力平衡约束，温度的垂直梯度远远大于水平梯度。例如，地形的存在会造成相邻地区气温差异明显，看似在大尺度上一致的气候区往往被划分成若干不同类型气候区。因此，柯本气候分类法应该属于地理气候分类法，或“维象”气候分类法，其地表覆盖特征鲜明，方便普通用户使用。然而，地球气候具有明显的大尺度特征，如季风气候区，干旱半干旱气候带及西风带控制区等，它们的形成均与气候平均大气环流型关联。因此，大尺度气候分类与大尺度气候形成机理关联，属于气候的动力学分类[27-31]。

图1 柯本气候分类（该图来源于文献[22]，http：//hanschen.org/koppen）

1.2 大尺度气候分类法

降水和气温是植物生长的基本气象要素，地表植被是柯本气候分类的一个重要指标。植物的生长期需要适宜的水—热条件，这正如杜甫在《春夜喜雨》中所描述的“好雨知时节”。因此，除年降水总量外，降水的季节分布就成为地表植被状况好坏的另一个重要指标。考虑到亚洲的季风季节[32-34]，将一年12个月划分成暖季（5—10月）和冷季（11月—翌年4月），南亚的暖季就是夏季风季节，冷季大致对应于亚洲季风区冬季风季节，比较其中一个季节降水量占全年总降水量的比率大致可以反映一地降水的季节分布特征[23]。图2a中除了极区外，降水稀少区大致对应于图1中的沙漠或植被稀疏的干旱或半干旱气候区，降水量大的地区植被生长茂盛，说明一地的年降水总量在一定程度上控制着地表植被的生长状况。

另一方面，参考冷季降水占年总降水量比率（图2b），可以将北半球陆地大致分为3种类型，第一种是冷季降水比率超过60%～70%；第二种是冷季降水比率＜20%～30%；第三种是冷暖季节降水量比率相当。南半球与此相反。从它们的地理分布可知，第一种属于地中海气候，第二种属于季风气候或夏季对流性降水多的山区，第三种大都是西风带控制区气候，以及部分无明显季节变化的近赤道地区。因此，仅依据季节降水比率就可以简单地对全球气候进行大尺度划分，这种划分属于气候的大尺度分类。对比图2b和图1可以看到，地中海气候区多为沙漠或沙地，季风区拥有最好的植被或耕地，西风带控制区多位于中高纬度，其植被状况介于季风区和地中海气候区之间。地中海气候不仅局限于地中海周边，也存在于阿拉伯半岛、中亚中南部，以及北美西海岸等地。在季风区中亚洲季风区最大，其中包括南亚季风区和东亚季风区（亚热带和温带季风区），其次是北非热带季风区，以及最小的北美大陆季风区等；在靠近赤道的中美洲亦存在一块很小的季风气候区（图2b），它是大尺度热带对流系统季节性移动的结果[34]。在南半球也存在季风区（红色），如非洲季风区、大洋洲北部季风区及南美洲季风区等。而图2b中紫色区域在南半球表示地中海气候区，其范围也远小于北半球，如南美智利沿岸、澳大利亚西海岸、南澳大利亚洲海岸带中东部以及南部非洲西南海岸带等地。西风带控制区（蓝绿色）主要位于欧亚大陆和北美大陆中高纬度，以及南美大陆和大洋洲南部等地。比较图2a和图2b发现，地中海气候区与年降水量稀少区域并不完全重叠，反映出二者对地表植被覆盖的影响机制不同，因此在解释区域气候形成机理中二者均应加以考虑，尤其是在季节变化比较明显的中纬度干旱半干旱气候区。

图2 1961—1990年平均年降水量（a）和冷季降水占年总降水量比率（b）（暖季为5—10月；冷季为11月—翌年4月；降水单位：mm；该图引自文献[23]）

图3 气候平均降水（a）和气温（b）的季节分布（亚洲季风区代表站点：北京，新德里（New Deli）；地中海气候区站点：阿什哈巴德（Ashgabat，土库曼斯坦），比什凯克（Bishkek，吉尔吉斯斯坦），德黑兰（Tehran），杜尚别（Dusanbe，塔吉克斯坦），旧金山（San Francisco），洛杉矶（Los Angeles）；该图引自文献[23]）

1.3 季节降水与气温配置

为了直观起见，在三类气候区中各选取一些站点，将它们月降平均水量和气温绘制成随季节演变曲线，以显示季节循环中二者的位相对应或配置关系。从图3a可以看到，亚洲季风区代表站点北京和印度新德里的降水都集中在5—10月的暖季或夏季风季节，其中最明显的特征是降水量呈单峰分布且出现在夏季。与此相反，意大利罗马、中亚中南部土库曼斯坦的阿什哈巴德、吉尔吉斯坦的比什凯克、塔吉克斯坦的杜尚别、伊朗的德黑兰以及北美西海岸的旧金山和洛杉矶等地站点的降水量大都集中在11月—翌年4月的冷季，季节降水亦呈单峰分布，属于地中海气候。尽管如此，这些站点的气候平均气温仍呈一致的单峰分布，高温极值出现在夏季（图3b），但南亚季风区新德里的气温峰值因受季风降水影响略向5—6月偏移。可见，季风气候降水量大，水—热配置特征是降水与气温的季节演变几乎同位相，简称为“水热同季”，即夏季高温对应于降水峰值，冬季低温干燥；而地中海气候与之相反，降水量较小且水—热配置反位相，即冷季气温低谷大致对应于季节降水峰值，简称为“水热反季”。

西风带控制区气候特征与季风气候或地中海气候都不同。亚洲中纬度西风带控制下干旱半干旱气候带上5个城市站点气候平均降水最明显的特征是季节变化不很明显，存在多个极值（图4a），但气温仍是一贯的单峰分布，峰值位于夏季（图4b）。例如，乌鲁木齐降水极大值分别出现在5、7、11月；新疆西部伊宁站的极大值在4、5、11月；中亚哈萨克斯坦乌拉尔斯克站的极大值在7月和11月；哈萨克斯坦巴尔哈什站的极大值在5月和7月，乌克兰顿捏斯克站的极大值在6月和12月。因此，西风带控制区的气候特征是降水与气温几乎不相关（out of phase），表明西风带控制区降水季节分布比较均匀的现象主要是大气动力学的贡献。事实上，空气柱水汽含量与气温成比例，夏季气柱水汽含量高，有利于降水，冬季与之相反。在这5个站中有3个站（乌拉尔斯克，乌鲁木齐，巴尔哈什）在盛夏均存在降水极大值，反映了热力学因子对降水的贡献。而站点在其他季节的降水极值主要是大气动力学的贡献，来源于天气尺度降水。

2 环流与水汽

2.1 青藏高原周边气候型

依据大尺度气候分类法（图2b）[23]，围绕着青藏高原可以划分为3个大尺度气候区，即中亚准地中海气候区（简称中亚气候区），中纬度西风带控制气候区（简称西风带气候区）以及亚洲季风区。亚洲季风区又可细分为南亚热带季风区（简称为南亚季风区）和东亚季风区（副热带和温带季风）。这样，围绕青藏高原可以圈出4个大尺度气候区（图5），其中，西风带气候区对应于欧亚大陆中高纬度西风控制区中降水标准差极小地带，即季节降水分布最均匀带，其范围从黑海东北岸，经中亚北部到中国西北部，其大部位于亚洲中部干旱半干旱气候区。这个地带与陈发虎等提出的“西风模式”区域比较接近[35-36]。因此，亚洲中部干旱区大部为西风带气候区和中亚地中海气候区所覆盖，二者气候特征存在明显的差异，其干旱形成机理也不尽相同。这需要从与降水季节分布关联的水汽输送及其散度特征等方面做进一步分析。

图4 亚洲中部西风带控制区站点气候平均降水（a）和气温（b）季节分布（站点城市：乌鲁木齐（Urumqi），巴尔喀什（Balkhash，哈萨克斯坦），伊宁（Yining），顿捏斯克（Doneck，乌克兰），乌拉尔斯克（Uralsk，哈萨克斯坦）；该图引自文献[23]）

图5 气候平均12个月降水标准差及围绕青藏高原4个气候型位置（该图引译自文献[23]）

2.2 水汽输送通量分解

降水的季节分布与整层大气平均气流水汽输送通量的经向分量关联。大气层单位截面整层水汽输送通量（记为MF）可以分解成平均气流水汽输送通量（记为MMF）及瞬变涡动水汽输送通量（记为TMF），其中MMF是用月平均风和比湿计算的整层大气水汽通量，TMF是MF与MMF之差[23]。MMF也称为平均气流水汽输送通量，或在本文中也简称为大尺度水汽输送通量，以区别于天气尺度的TMF。MMF是MF的主要部分，二者具有几乎一致的季节变化特征。TMF主要代表移动性气旋、反气旋或天气尺度扰动对水汽输送通量的贡献。对比图6与图2b可以发现，东亚和南亚季风区暖季或冷季降水占年降水量比率高/低对应于向偏北/偏南方向的平均气流水汽输送通量（简称水汽输送，下同）。例如，中亚暖季降水稀少对应于自北向南的水汽输送（图2b，图6a）；冷季降水占年降水量比率大对应于自南向北的水汽输送（图2b，图6b）。在西风带气候区，暖季或冷季都盛行向东的水汽输送，对应于四季比较均匀的降水分布（图2b，图6a、6b）。因此，季节性降水分布与季节性水汽输送经向分量的盛行方向关联，季节降水差异大的地区对应于经向水汽输送方向存在明显的季节变化[23，37-39]。此外，瞬变涡动水汽输送量远小于平均气流水汽输送，在北半球其输送方向一致偏向北方且不随季节反转。它是移动性天气系统降水的水汽供给者，对于中高纬度降水尤其重要。

2.3 水汽通量散度

季节性降水分布与水汽输送经向分量的对应关系源于其伴随的水汽通量散度不同[23，40]。计算结果揭示，平均气流水汽输送方向偏北的区域对应于水汽辐合区。例如，暖季的东亚和南亚季风区，北非季风区，以及冷季的中亚、阿拉伯半岛、地中海北岸及欧洲大部分地区等，其气候平均气流水汽通量散度均＜0，即是大尺度水汽辐合区；反之，平均气流水汽通量的辐散区对应于存在偏南方向的水汽输送区域，如暖季的地中海沿岸，阿拉伯半岛，中亚及欧洲等大部分西风带控制区，以及冷季的东亚和南亚季风区，东非季风区等（图6、7）。因此，气候平均水汽输送方向偏北的区域伴随水汽辐合，偏南的伴随水汽辐散。这说明，气候平均大气环流型决定了大尺度水汽的辐合或辐散区域，从而在很大程度上决定了降水的季节分布。

季节平均瞬变涡动水汽通量散度在很大程度上反映了天气尺度扰动对水汽通量的辐合辐散效应[37]。在暖季，瞬变涡动水汽通量散度在中国淮河以南的亚热带地区和南亚季风区均＞0，即暖季平均而言，瞬变涡动导致这些季风区水汽辐散，不利于降水；但在淮河以北的东亚季风区（温带季风区）其水汽通量散度＜0，表明天气尺度扰动制造水汽辐合，有利于北方暖季降水（图7c）。另外，在中亚东部亦存在瞬变涡动水汽辐合，可能与地形有关，但在中亚西部和西风控制区均为其水汽通量辐散区，不利于该地的暖季降水。然而，在冷季，除了中国大陆西南部、中南半岛南部和印度次大陆南部等地，中亚和亚洲季风区大多转为瞬变涡动水汽通量辐合区，但在西风控制区仍为其水汽辐散区（图7d）。这与冷季欧亚大陆中高纬度西风带控制区瞬变涡动水汽通量散度均＜0形成鲜明的对比（图7d）。

图6 气候平均垂直积分平均气流水汽输送通量（g/m·s）和气柱可降水量（cm）（a为暖季，5—10月；b为冷季，11月—次年4月；图中白色虚线圈从西北开始沿顺时针方向依次表示西风带气候区、东亚季风区、南亚季风区及中亚准地中海气候区，对应于图5中的标识；该图引自文献[23]）

3 气候型配置特征

在季节平均尺度上，青藏高原四周区域具有不同的环流和水—热配置特征（图8）。在暖季，西风带气候区水汽向东输送，位于大尺度水汽辐散区，气温高降雨少，气候干热；中亚干旱区水汽向南输送，位于大尺度水汽辐散区，气温高降水少，气候干热。与中亚干旱区相反，东亚季风区水汽向北输送，来自印度洋和太平洋的暖湿气流在东亚汇合，出现大尺度水汽辐合区，暖湿多雨，形成副热带季风气候；在南亚季风区来自印度洋跨赤道的高温高湿气流向东—东北方向输送，形成大尺度水汽辐合区，高温多雨，形成热带季风气候（图8a）。在冷季，西风带控制区水汽亦向东输送，形成大尺度水汽辐合区，但是气温低水汽含量少，气候干冷；在中亚干旱区，水汽转为向北输送，形成大尺度水汽辐合区，降水相对较多，气候湿冷；在东亚，冷季盛行偏北冬季风，水汽向南输送，形成大尺度水汽辐散区，降水稀少，气候干冷；在南亚，水汽向东输送，形成大尺度水汽辐散区，气候干燥凉爽（图8b）。不难看出，在青藏高原东西两侧，季节性水汽输送方向不仅相反，而且在冷、暖季节反向变化，类似于一个东西向跨青藏高原水汽通量经向分量的“跷跷板”，造成中亚和东亚季节降水率分布反相，即暖季中亚干旱区以偏北风为主，对应水汽向南输送，在冷季反之，以偏南风为主，对应水汽向北输送；东亚季风区与中亚干旱区正好相反。这实际上反映了青藏高原东西两侧对流层下层经向风存在的季节性互动现象[41-42]，导致中亚降水在冷季更多，而东亚降水集中在暖季。

图7 气候平均水汽输送通量散度和季节降水百分率（a、b分别为暖季、冷季平均气流水汽输送通量散度；c、d分别为暖季、冷季瞬变涡动水汽输送通量散度；图中黑色粗虚线环标出东亚季风区、南亚季风区、中亚准地中海气候区及西风控制区的干旱半干旱气候带，对应于图5中的标识；该图引自文献[23]）

图8 围绕青藏高原4种气候型（见图5）水热环流配置示意图（该图引译自文献[23]）

季节平均气流与瞬变涡动水汽输送通量也存在一定的互动或耦合关联。在暖季，亚洲季风区平均气流水汽输送通量均伴随大尺度水汽辐合，但瞬变涡动在南亚和东亚南部制造水汽辐散，在东亚北部制造水汽辐合；同时，平均气流水汽输送通量在西风带控制区和中亚均呈现水汽辐散，瞬变涡动水汽输送通量在西风带气候区及中亚大部也均呈现辐散（图9a）；但冷季平均气流水汽输送通量在亚洲季风区转为辐散，瞬变涡动水汽输送通量转为辐合；而平均气流水汽输送通量在西风带气候区和中亚气候区均转为辐合，瞬变涡动在中亚亦制造水汽辐合，但在西风带气候区仍然制造水汽辐散（图9b）。平均气流水汽输送散度在亚洲季风区和非季风区（西风带控制区和中亚气候区）也总是呈现季节性反向变化，说明围绕青藏高原周边的平均气流水汽通量散度场也存在季节性互动或遥相关，导致亚洲季风区与青藏高原西北侧干旱半干旱气候区在季节循环中水汽散度总是呈现反向变化。另一方面，在亚洲季风区南部（东亚淮河以南的亚热带季风区和南亚季风区），平均气流水汽输送通量亦与瞬变涡动水汽通量散度呈季节性反位相配置，且随季节循环反向变化，但在西风带控制区却不然。例如，暖季瞬变涡动水汽输送通量与平均气流水汽输送通量均保持辐散，冷季却相反；而在中亚大部分地区，二者的符号在暖季和冷季均保持一致。这些现象说明，亚洲季风区平均气流和瞬变涡动水汽通量散度之间存在反位相互动，但在中亚和西风带气候区却不尽然。图8和图9揭示出围绕青藏高原4个气候区之间的水—热配置特征及其对应的水汽输送通量及其散度特征[23，40]，对其深入挖掘有助于理解亚洲中部干旱气候格局的形成机理[43-45]。

图9 围绕青藏高原4种气候型（见图5）平均与瞬变涡动水汽输送通量及其散度配置（该图引译自文献[23]）

4 亚洲中部干旱区形成机理

4.1 降水不足且水—热配置不当

亚洲中部干旱区形成最直接的原因是年降水量不足且季节循环中降水与气温位相配置不当，不能满足地表植物生长期的水分需求，导致土地退化（图10）。例如，中亚暖季气温高、降水稀少，冷季气温低，降水相对较多；而亚洲中部西风带气候区远离海洋，原本不足的降水又过度均匀地分配给暖冷2个季节，导致暖季供给植物水分不足，亦造成土地退化。此外，中国西北部属于内陆干旱区[46]，包括新疆、甘肃西北部、内蒙古西部的阿拉善盟及青海省的柴达木盆地等，其中新疆北部接近于西风带气候，降水的季节分布比较均匀[47]，其余地区主要受山地阻隔等影响，空气干燥，降水稀少、蒸发量很大[48-49]，尽管观测气温与降水接近同位相[50-53]，却仍然无法满足地表植物的水分需求，土地沙化严重，形成了塔克拉玛干、巴丹吉林和腾格里等大沙漠。内陆干旱区已经成为中国最重要的沙尘源地[54-55]。

图10 围绕青藏高原的4类气候型区（图5）及其下垫面沙漠或沙地分布（该图引译自文献[23]）

4.2 干旱气候的动力—热力配置

环境空气的水汽含量和大气层结稳定度是降水的热力学条件，动力辐合上升运动属于动力学条件，适宜的动力—热力配置有利于降水发生或提高降水效率。气温高，气柱水汽含量高，层结稳定度低，降水热力学条件好，风场辐合上升运动视为适宜降水的动力学条件。本文的动力学条件皆指平均气流或瞬变涡动水汽通量散度的作用。亚洲中部干旱区水—热配置不当起因于区域性环流的动力—热力条件配置不当。例如，一方面气候平均气温和大气层结的季节分布大致不变，另一方面平均气流和瞬变涡动水汽通量散度却随季节变化，结果造成当地动力—热力配置差异。例如中亚中南部属于准地中海气候区，水—热季节配置反位向，暖季气温高、气柱水汽含量相对较高，层结稳定度低，降水的热力学条件好，但平均气流和瞬变涡动水汽输送通量均为辐散，降水的动力学条件差，造成降水稀少；冷季气温低、气柱水汽含量少，层结稳定度高，降水的热力学条件差，尽管大尺度和天气尺度水汽输送通量均为辐合，但降水效率低，降水量不大。在中亚北部至中国西北部的西风带控制区，暖季气温高，气柱水汽含量相对较高，气层稳定度低，热力学条件较好，但大尺度及天气尺度水汽输送通量均呈辐散，降水的动力学条件差，导致降水量亦不大；冷季气温低、气柱水汽含量少、层结稳定，降水的热力学条件差，尽管平均气流水汽输送通量为辐合，但瞬变涡动水汽输送通量仍为辐散，即降水的动力学条件也不够好，造成西风带气候区大部降水较少，导致土地退化。这是亚洲中部干旱区土地退化的大气环流动力—热力学机制。

4.3 中亚干旱气候环流成因

在亚洲中部干旱区环流的动力—热力配置来源于气候平均大气环流结构的季节变化。因空气水汽含量随高度呈指数递减[56-57]，气候平均水汽输送的方向由对流层下层风场决定。沿纬圈气候平均经向风分布与气候平均位势高度场上的准定常波或平均槽脊位置有关[27，58-60]。因风场与气压场之间的地转平衡约束[61]，在这些槽前脊后盛行偏南气流，水汽向北输送；在槽后脊前盛行偏北气流，水汽向南输送，结果导致暖季欧洲槽前是弱的偏南风，北非副热带高压北上控制地中海地区，副高东端向东北方向伸展，其前方的偏北气流引导中亚中南部上空的水汽向南输送并伴随水汽辐散[23，37]，造成当地的干热少雨气候；在冷季，副热带高压南撤，西风带随之南压，西风环流在新疆形成一个弱脊，在东欧为一槽区，位于槽前脊后的中亚盛行偏南气流，并与地中海气旋东部偏南气流叠加形成中亚上空自南向北的水汽输送及水汽辐合，加之地中海气旋时而的东移替换，会带来较强的瞬变涡动水汽通量辐合，给冷季的阿拉伯半岛和中亚等地带来较多的降水过程[62-64]。

4.4 干旱区环流形成机理

干旱区气候的水—热配置不当来源于大气环流定常波或平均槽脊的位置及其季节变化。而定常波形成于海陆分布热力差异及大地形强迫[65-68]，数值试验证实后者对定常波的贡献最大[21-22，69-70]。因此，青藏高原和北美落基山脉的隆升是中纬度亚洲中部干旱气候格局形成的主要驱动力[71-74]。而定常波位置和波数的季节变化起因于地表冷热源地理分布的季节变化。例如，在暖季，大陆是热源，海洋是冷源，冷季与此相反；而大地形（如青藏高原）热源的季节变化也与此类似。从环流系统看，中亚中南部和阿拉伯半岛等地干旱气候还与暖季北非副热带高压向东北方向过度伸展（相对于同纬度副高）有关，其原因可能是青藏高原在暖季成为热源，其热力对流驱动在中亚形成一个附加的下沉气流支，制造反气旋涡度[75]，诱导该副高东进。在地球演化历史中，海陆分布和高原山脉的隆起均是大陆板块漂移、碰撞或褶皱的结果[76]，因此，亚洲中部干旱区是从遥远的地质年代开始逐渐形成的[77-79]，其过程见图11。地球演化过程中形成的海陆分布和大地形决定了地球上中纬度大尺度气候的干湿格局。然而，自工业革命以来，随着社会经济快速发展，人类活动对全球气候的影响越来越明显，温室气体排放、土地利用等已经在一定程度上影响到亚洲中部干旱区气候[80-82]。尽管如此，全球大气环流的基本结构尚未发生明显改变，欧亚大陆上大尺度干湿气候格局也未发生明显变化[83]。

图11 亚洲中部干旱区形成过程示意图

5 结论与讨论

本文综述了亚洲中部干旱气候若干研究进展。对相关文献进行了再分析、再挖掘、再解读，深入分析了亚洲中部干旱区的形成机理，主要结论如下：

（1）亚洲中部干旱区主要包括两类大尺度气候型，即中亚准地中海气候型和西风带气候型，前者降水集中在冷季，后者为欧亚大陆西风带控制区中降水季节分布比较均匀地带，范围从中亚北部向东伸展至中国西部内陆干旱区。

（2）亚洲中部干旱区成因是年降水不足且季节性水—热配置不当，即在中亚气候区暖季高温对应于少雨，冷季低温对应于多雨；在中亚北部至中国西北西部西风带气候区降水少且季节分布过于均匀，植物生长季水分不足，地表蒸发量高，导致土地退化。

（3）降水季节分布与当地水汽输送的经向分量关联，即季节性水汽输送向北/南伴随水汽辐合/辐散，对应于季节性降水比率高/低。

（4）亚洲中部干旱区水—热配置不当来源于区域性环流的动力—热力配置，即在中亚中南部，暖/冷季对应于气柱水汽含量高/低、大气层结稳定度低/高，平均气流水汽辐散/合、导致降水效率低，降水量少且水—热配置不当。

（5）区域性水汽输送的南北方向由大气环流定常波或平均槽脊季节变化决定，定常波的季节变化造成亚洲中部干旱区大气动力—热力结构特征，导致季节循环中的水—热配置不当。

（6）大气环流定常波是海陆热力差异及大地形强迫的结果，地表冷热源分布的季节变化导致定常波波数及位置的季节差异，这是亚洲中部干旱区形成的根本原因。

（7）中国西北内陆干旱区属于行星尺度西风带气候区，但其中大部分干旱或极端干旱区的形成主要与大地形阻隔或气流绕流有关，缺乏水汽及持续的下沉气流造成当地气温高温、降水稀少，加之地表蒸发量大，导致土地沙化，形成沙漠。

此外，从地质时间尺度上看，青藏高原的隆升改变了亚洲的气候格局。在青藏高原两侧的亚洲季风区与亚洲中部干旱区之间存在大尺度水汽通量及其散度的节性互动或跨高原的遥相关现象，即随着季节循环，水汽输送通量经向分量在青藏高原东西两侧呈反向变化并伴随水汽通量散度变化，造成高原两侧季节降水占年降水量的比率亦呈反向变化。进一步分析还发现，北半球亚洲及非洲季风区与欧—亚—非大陆非季风区（中亚地中海气候区和西风带控制区）之间的行星尺度平均气流水汽通量散度也呈现季节性反向变化。因此可以说，北半球亚洲季风区的湿润气候的形成在某种程度上是以青藏高原西北侧亚洲中部的干旱化气候为代价的。这些大尺度或行星尺度大气环流性质之间的互动说明全球大气环流内部存在季节时间尺度上的动力学关联机制。另一方面，在季节循环中季风区和非季风区存在平均气流与瞬变涡动水汽散度配置的季节性变化差异，即在欧亚大陆中高纬度西风带控制区及地中海气候区等二者随季节循环几乎同位相变化，但在低纬度季风区二者却总是反向配置，说明大气环流中平均气流与瞬变涡动水汽输送通量散度在季风与非季风区存在不同的动力耦合关系，其动力学机理需要进一步研究。