Kuivuusraja

Köppenin ilmastoluokituksessa käytettyjä kuivuusrajoja, jotka määräytyvät vuotuisen sademäärän ja keskilämpötilan mukaan. BW aavikko, BS aro ja A, C ja D ovat trooppinen, lämpimänlauhkea ja viileä puita kasvavan alueen ilmasto.

Kuivuusraja eli aridisuusraja määrittää vuotuiselle sademäärälle P rajan, jossa metsä muuttuu ruohoaroksi tai aro aavikoksi. Erään määritelmän mukaan 26 °C vuoden keskilämpötilassa on oltava tasaista vuotuista sadetta yli 8 000 mm, jotta metsä voisi kasvaa. Aavikkoa 26 °C:ssä alle 400 mm sademäärässä. Mutta +6 °C:ssa metsä vaatii vain 260 mm sadetta ja aavikkoa on alle 130 mm:ssä[4].

Kuivuusraja riippuu lämpötilasta ja suurimmasta mahdollisesta haihtumisesta PET:stä. Kuivuusrajaan vaikuttaa myös sateen ennustamattomuus ja epätasainen jakauma eri vuodenaikoina. Jos sadetta tulee runsaasti mutta epätasaisesti eri vuodenaikoina ja vuosina, ilmasto on kuivempi kuin tasaisen sademäärän alueella. Talvisateet kuivattavat ilmastoa, kesäsateet kostuttavat, jos sama sade jakautuu epätasaisesti. Aavikkoa voi olla alue, jolla sataa 500 mm/v, jos sade on erittäin harvinainen mutta raju[5].

Wladimir Köppenin määritelmä kuivan ja kostean ilmaston rajalle. Kuvassa on R sademäärä senttimetreinä, ei millimetreinä niin kuin yleensä esitetään, ja T lämpötila celsiusasteina.

• ${\displaystyle R=2\cdot T}$ Jos sataa pääosin kylmänä vuodenaikana (talvella)
• ${\displaystyle R=2\cdot T+14}$ Jos sataa tasaisesti ympäri vuoden
• ${\displaystyle R=2\cdot T+28}$ Jos sataa pääosin kuumana vuodenaikana (kesällä)

Eräs UNEP:in käyttämä kuivuusindeksi AI_U perustuu haihtumiseen. P on vuotuinen sademäärä, PET on suurin mahdollinen haihtuminen.

${\displaystyle AI_{U}={\frac {P}{PET}}}$

UNEP on käyttänyt myös venäläisen klimatologi Budykon kehittämää mallia, jossa R on vuosittainen Auringon nettosäteilytase, P vuotuinen sademäärä ja L veden latentti höyrystymislämpö.

${\displaystyle AI_{B}=100\cdot {\frac {R}{LP}}}$

Embergerin kuivuusindeksi Q lasketaan vuosittaisesta sademäärästä P, kylmimmän kuukauden keskilämpötilasta m ja lämpimimmän kuukauden keskilämpötilasta M seuraavasti[6]:

${\displaystyle Q={\frac {(2000-P)}{(M^{2}-m^{2})}}}$

Martonnen kuivuusindeksi[7][8]

${\displaystyle I_{a}={\frac {P}{(T+10)}}}$

missä P on sademäärä mm ja T vuoden keskilämpötila °C, mutta kun T←9.9 °C, niin I_a =100

Tämän mukaan

• Sademäärä < 25 mm I_a < 5 Hyperaridi eli erittäin kuiva. Namibian ja Arabian aavikot.
• Sademäärä 25–200 mm I_a 5–20 Aridi eli kuiva. Mojaven autiomaa
• Sademäärä 200–500 mm I_a 20–50 Semiaridi eli puolikuiva. Jotkut alueen Sonoran autiomaassa.

Trewarthan kuivuusraja metsälle ja arolle on

Aron raja${\displaystyle =10*(T-10)+3*P}$,

missä P on kuuden lämpimimmän kuukauden eli kuuden "kesäkuukauden" sademäärien summan osuus koko vuoden sademäärästä. Jos esimerkiksi kuutena lämpimimpänä kuukautena sataa yhteensä 100 mm ja koko vuonna 200 mm, niin p=0.5. T on tässä vuoden keskilämpötila.

Puolikuivilla alueilla haihtuu yli kaksi kertaa niin paljon kuin sataa. Kuivilla alueilla haihtuu viisinkertainen sademäärä. Kuivuus P/PET on UNEP:in käyttämä kuivuusindeksi[9]. Se on sademäärä P jaettuna vuotuisella maan ja kasvien teoreettisella haihtumisella PET:llä (potentiaalinen evapotranspiraatio)

Suomessa sataa 400 mm metsänrajalla ja haihtuu 200 mm. Etelärannikolla taas sataa 650–700 mm, mutta haihtuu 425 mm. Tällöin sademäärä riittää teoriassa metsän kasvulle koko maassa. Silti heinäkuun haihdunta on Lounais-Suomessa ja joillain Sisä-Suomen alueilla sadantaa suurempi[10].

Kuivuusrajojen laskemisessa voidaan käyttää PET:n sijasta pelkkää evaporaatiota E. eli haihtumista maan pinnasta. Tällöin P/Eo arvot ovat seuraavanlaisia[11]

• Aavikko <0,25, suolakkokasviaavikko 0,1, Artemisia-aavikko 0,14, saksaul- ja pensasaavikko 0,2, Artemisia-aavikolla sataa noin 150 mm, ja haihtuu 1/0,14 eli noin kuusi kertaa enemmän
• Puoliaavikko P/Eo 0,3–0,4 esim. sataa 300–350 mm
• Aro P/Eo 0,5–0,7, 0,64 niittyaroa
• Metsäaro 0,65–0,82, 0,74 kosteita niittyjä metsän keskellä, 0,66 aroja metsän keskellä
• Metsä yli 0,84–1,1 --> ainakin 1,8 eli suunnillaan yhtä paljon sataa kuin haihtuu

• Haihtuminen
• Aro
• Pensasaro
• Aavikko