寒帶,指南半球極圈和北半球極圈以內的高緯度氣候地帶,即南北緯66°34′與90°之間的緯度帶。在全球五大氣候帶中,寒帶擁有最小的面積,占地球表面的8.3%,分為北寒帶(北極氣候區)和南寒帶(南極洲氣候區)。由于太陽高度角極小,入射角大,獲得的太陽能量最少,氣溫終年很低,所以稱為寒帶,并有極晝、極夜現象。
寒帶主要分為凍原氣候和冰原氣候,地面常年被冰層覆蓋,大部分地區為永凍土。此外,動植物主要集中于苔原氣候區。寒帶的生態系統與地球上其他地區相比更加隔絕,也更加脆弱,因此易發生生態變化。
范圍
寒帶分為北寒帶和南寒帶。
北寒帶
北寒帶是指北極圈到北極點的地區,緯度范圍為北緯66°34′到北緯90°之間的地區。由北冰洋和周圍的陸地組成,包括北冰洋盆地和斯堪的納維亞半島北部、格陵蘭島和斯匹次卑爾根島的所有地區,以及阿拉斯加州、加拿大、挪威和俄羅斯的北部地區。陸地總面積約占800萬平方公里,人口很少,總共不到幾十萬。其中,因紐特人(又稱愛斯基摩人),生活在加拿大北極和格陵蘭島。
南寒帶
南寒帶是指南極圈到南極點的地區,緯度范圍為南緯66°34′到南緯90°之間的地區。主要包括南冰洋、南極洲。其中南極洲覆蓋著終年不化的冰雪,四周為海洋,沒有人類長期居住。
主要特征
溫度
由于太陽照射時間短,寒帶的地面和大氣吸收熱量極少,終年氣溫極低。寒帶最冷月平均氣溫低達-50℃;最熱月平均氣溫在10℃以下,部分地區全年0℃以下。
降水
除了受海洋調節影響的部分地區,大部分寒帶地區寒冷少雨。其整體年降水量通常在200-300毫米,且蒸發量低,氣候濕潤。
大氣環流
極地高壓區與副極地低氣壓區
在偏向力的作用下,暖氣流從副熱帶高氣壓流向極地,在北半球變為西南風,南半球變為西北風,且越靠近極圈,方向越偏西。又因極地附近的地轉偏向力強,氣流旋轉速度快,從而產生較大的離心力,因此極地地區應該是低氣壓。但由于極地溫度低,氣壓高,兩者相抵后,極地出現高壓,高壓的周圍出現低壓槽,于是產生極地高壓區和緯度60°附近的副極地低壓區。
極地環流
極地高壓區流出的冷氣流,受偏向力的影響變為北半球的東北風和南半球的東南風,稱為極地東風。副熱帶高壓帶流入的熱氣流和極地流入的冷氣流,在緯度60°附近形成一個鋒面;而暖空氣上升、冷空氣下沉又形成了閉合的環流圈,也就是“極地環流”。
極晝與極夜現象
由于太陽高度角極小,寒帶范圍內每年都會出現太陽晝夜照射和晝夜無法照射到的情況。太陽永不落,天空總是亮的現象稱為極晝,也叫白夜;與極晝相反,太陽總不出來,天空總是黑的現象稱為極夜。隨著緯度的增加,極晝極夜持續的時長也隨之增加,極圈的極晝極夜時長為1日,南北緯75°的為100天,兩極的為半年。
氣候類型
寒帶氣候 ,又稱為極地氣候,主要分布于亞洲和北美大陸在北極圈以北的大部分地區,終年寒冷。寒帶氣候分為兩種類型:寒帶凍原氣候、寒帶冰原氣候。
苔原氣候
寒帶苔原氣候,又稱極地長寒氣候,受北極高壓控制,全年皆冬,僅2~3個月的月平均氣溫在0-10℃。全年降水量少,年降水量通常僅有200-300毫米,且以降雪為主。苔原氣候受北極高壓控制,氣溫低,蒸發弱,相對濕度高,部分冰雪短期融解。
苔原冬季漫長嚴寒,夏季短促涼爽,植物平均營養期為2-3個月。其冰凍層接近地表,土壤永凍層深達150-200厘米,夏季水分不能下滲,土壤表層停滯積水,形成沼澤化現象。又因為寒帶風大,冬季時的風速可達15-30米/秒,所以寒帶區域不適宜喬木生長,自然植被多青苔、地衣及小灌木,由此稱為凍原景觀。
在北寒帶區域,苔原氣候主要分布于北極圈以內,亞歐大陸和北美大陸的北緣,格陵蘭沿海部分區域及北冰洋部分島嶼。南寒帶苔原氣候主要分布于馬爾維納斯群島(??颂m群島)、南設得蘭群島及南奧克尼群島等地。
冰原氣候
寒帶冰原氣候,又稱極地冰原氣候或冰凍氣候,其受南、北極高壓影響控制,全年氣候極為嚴寒,最熱月平均氣溫也在0℃以下。冰原氣候降水很少,年降水量小于250毫米,全為降雪。冰雪終年不化,地面常年被巨大厚冰層覆蓋,草木不生。
冰原氣候全年溫度0℃以下,極晝期間,地面為冰雪覆蓋,能反射五分之四的太陽光,年平均氣溫全球最低。由于溫度低,冰雪不會融化,長期積累形成厚冰原。冰原地區幾乎沒有植被,僅在沒有大陸冰的位置分布一些苔蘚植物和地衣等原植體植物。
冰原氣候主要分布于格陵蘭、南極大陸的冰凍高原、北冰洋的部分島嶼。
生態系統
北寒帶
凍原植被(凍原),是寒帶植物的代表,以極地或極地高山灌木、草本植物、苔蘚和地衣為主的,層次不多的草本植被型。位于北冰洋的周圍沿岸、歐亞大陸的北部、美洲北部。整個苔原系統的動物主要有旅鼠、蒼蠅、蚊子、螨、蠓、蜘蛛目、唇足綱、蝴蝶和蛾子等。其中,苔蘚有500多種,主要用于保護灌木、草本植物的根、莖和更新芽。地衣有3000多種,作用同苔蘚植物。被子植物門有900多種,代表植物為巖薺、蜘蛛虎耳草、報春花、罌粟。苔原植物常具大型鮮艷的花和花序,如勿忘草、罌粟、蠅子草的花色便鮮艷欲滴,大部分花向著太陽開放,并呈杯型,以便盡可能多地采集太陽光。這對于開白色花的植物尤其重要在66°N-71°N的阿拉斯加州北部及加拿大的北部島嶼上,生長著53個有花植物科的450種開花植物;80°N左右的格陵蘭島北部地區,可以看到90多種各種各樣的開花植物,它們無疑是地球上緯度最高的開花植物。而常綠植物包括可貼地的針葉灌木,堅硬扁平的小灌木和灌木,石南型葉、葉緣卷曲的灌木,在春季可以快速進行光合作用,不必耗時形成新葉。許多植物貼地生長,為了抗風、保溫及減少植物蒸騰。生活其中的動物主要有馴鹿、麝牛、北極狐、北極狼、北極熊等,鳥類主要有灰鷗、雪鸮等,夏季多有候鳥遷來繁息。
森林地區,常以針葉樹為建群種,包括常綠和落葉,耐寒、耐旱、喜溫、喜濕等類型的針葉純林和混交林。也是雪兔賴以生存的地方。
對于海洋,主要有海豹、北極鱈魚等;弓頭鯨、一角鯨、海象,位于北極水域;白鯨,大多數位于歐洲、美國阿拉斯加州和加拿大以北的海域,會在北極水域出沒。
對于土壤,寒帶地區的是凍原土,且有永凍層,深達150-200厘米。在夏季,通常有幾英寸厚的酸性棕色亞粘土,其下一英尺深即為永久凍土。由于永凍層士壞的強烈冷卻,上部水不能下潛,會引發沼澤化現象。
對于巖溶,因為寒帶有永久凍土和季節凍土分布,極大地限制了地表水的活動和地下水的補給,導致巖溶作用極其微弱。而巖溶作用時間久,所以仍有小型溶溝和淺洼地發育,在凍土層下也可形成溶洞。寒帶以發育地下巖溶為主,且地表巖溶作用很微弱,以機械作用為主。
南寒帶
植被以苔蘚植物和地衣為主。主要位于南極洲的大陸邊緣、南極附近的一些南極洲島嶼。其中,苔蘚植物有75種,分布沒有地衣廣,營養主要來源于鳥糞和巖石風化物。生活于苔蘚的動物主要有螨(又稱無翅南極蠅)、扁虱、緩步類動物。地衣約400種。分布最廣、種類最多,有幾種地衣的假根可以分泌地衣酸,溶解巖石,一方面固定自己,另一方面從中得到營養。生活于地衣的動物主要有尖尾蟲(又稱彈尾目)、蜘蛛目、螨。南寒帶的藻類廣泛分布于綠洲的陸原地面、巖石表面、石縫、冰雪以及冰雪融化時形成的暫時性溪流和水塘中,其中,冰雪融化的溪流中常有皺溪苔類生長,特別是從企鵝棲息地流上的溪水中,由于含有豐富的氮、磷營養鹽,藻類的生長更加繁茂。生活其中的動物有鐮螫螨、水蚤、緩步類動物。被子植物門僅有4種,其中兩種為草本的南極發草和石竹科。此外,南寒帶存在特有種類,如克爾格倫群島上的克爾格倫甘藍(Pringleauntis corbulica)。
對于海洋,主要有海豹(比北寒帶的數量多)、海象、海獅、南極鱈魚、烏賊、南極磷蝦。鯨目,如須鯨類的藍鯨、大翅鯨、長須鯨、南露脊鯨、塞鯨、小鳁鯨、縞臂鯨等,齒鯨類的抹香鯨和虎鯨。企鵝,地區獨有的是阿德利企鵝和帝企鵝,此外還有南極企鵝(又名南極企鵝)、巴布亞企鵝(又名金圖企鵝)、馬可羅尼企鵝、王企鵝、跳巖企鵝等。海鳥,除不會飛的企鵝外,其他均為飛鳥,如雪海燕、信天翁、賊鷗、南極海燕、鞘嘴鷗屬、巨海燕、南極鴿、藍眼鸕鶿、普通海鷗、燕鷗、鸕鶿等。
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