Kuivuusraja
Kuivuusraja määrittää vuotuiselle sademäärälle sen rajan, missä esimerkiksi aro muuttuu aavikoksi tai metsä aroksi. Yleensä ajatellaan aavikon vuosisademäärärajan olevan luokkaa 150–250 mm ja aron ja metsän rajan olevan noin 500–800 mm. Kuivia alueita on maapallon maa-alasta noin 30–40 %. Monesti kuivat ja kuivahkot alueet jaetaan erittäin kuiviin, kuiviin ja puolikuiviin eli hyperarideihin, arideihin ja semiarideihin. Esimerkki hyperaridista alueesta on Sahara. Arideja ovat Australian aavikot ja semiaridia aluetta Yhdysvaltain preeria. Puolikuivat alueet ovat alttiita aavikoitumiselle ja ajoittaisille, viljelyn pilaaville kuivuusjaksoille.
Se, millaisia kasveja jossain sademäärässä kasvaa, riippuu myös sademäärän jakaumasta eri vuodenajoille ja lämpötilasta ja sen jakaumasta ja ilman suhteellisesta kosteudesta. Lämpötila on olennainen tekijä, koska se vaikuttaa haihtumiseen. Eri tutkijat ovat aikojen saatossa laatineet lukuisia teorioita siitä, miten kuivuusrajoja määritellään.
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.
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.
Maatalouden kuivuusraja on noin 200–300 mm/v. Kuivan aavikon rajana pidetään monesti 250 mm:ia ja puolikuivan aron rajana 500–600 mm:ia. Metsä vaatii lauhkean vyöhykkeen eteläosassa sadetta 800–900 mm. Puolikuivan alueen Köppenin ilmastotyyppi on aro, BS ja kuivan kostean, jossa sademäärä noin 650–900 mm Cw.
Wladimir Köppenin määritelmä kuivan ja kostean ilmaston rajalle. Kuvassa on R sademäärä senttimetreinä, ei millimetreinä niin kuin yleensä esitetään, ja T lämpötila celsiusasteina.Eräs UNEP:in käyttämä kuivuusindeksi AI_U perustuu haihtumiseen. P on vuotuinen sademäärä, PET on suurin mahdollinen haihtuminen.
formula_4
UNEP on käyttänyt myös venäläisen klimatologi Budykon kehittämää mallia, jossa R on vuosittainen Auringon nettosäteilytase, P vuotuinen sademäärä ja L veden latentti höyrystymislämpö.
formula_5
Embergerin kuivuusindeksi Q lasketaan vuosittaisesta sademäärästä P, kylmimmän kuukauden keskilämpötilasta m ja lämpimimmän kuukauden keskilämpötilasta M seuraavasti:
formula_6
Martonnen kuivuusindeksi
formula_7
missä P on sademäärä mm ja T vuoden keskilämpötila °C, mutta kun T←9.9 °C, niin I_a =100
Tämän mukaanTrewarthan kuivuusraja metsälle ja arolle on
Aron rajaformula_8,
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. Se on sademäärä P jaettuna vuotuisella maan ja kasvien teoreettisella haihtumisella PET:llä (potentiaalinen evapotranspiraatio)
Tämän mukaan aavikon sademääräraja on 200 mm/v. Aavikoksi määritellään myös alue, jolla PET/P >3,0 tai P/PET <0,33. Aavikolla kasvaa vielä 150 mm:ssa melko paljon kasveja, ja jonkin verran 120 mm:ssa.
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 sisäsuomen alueilla sadantaa suurempi. Suomessa voidaan haihtumiselle käyttää
seuraavaa kokemusperäistä likiarvokaavaa: E=T_h*80, jossa E haihdunta, yksikkö mm/v ja T_h heinäkuun keskilämpötila.
Vuoden keksilämpötilasta saadaan likimääräine arvio haihtumisella, kaavalla E=250+T_k*50, jossa T on vuoden keskilämpötila.
Israelissa kuiva alikostea alue, jolla P/PET=0,5–0,65 saa sadetta 500–750 mm, ja alle 1 400 mm haihtuu. Puolikuivalla alueella P/PET 0,2–0,5 sataa 300–500 mm, ja haihtuu 1 500–1 700 mm vuodessa. Siellä on "Irano-Turanian"-tyypin kasvillisuus, joka on Välimeren ja aavikon kasvillisuuden välimuoto. Kuiva alue P/PET <0,05 saa sadetta 100–300 mm, ja haihduttaa 1 700–1 800 mm. Erittäin kuiva alue P/PET <0,05, sataa 0–90 mm ja haihtuu 1800 – 2800 mm.
Kuivuusrajat Swazimaan veldillä.
Rivas Martinezin luokituksessa käytetään ilmaston kosteutta kuvaamaan ombrotyyppiä Io. Ilmaston ombrotyyppi Io lasketaan kaavasta Io = 10x Pp /Tp, jossa Tp keskilämpötila, Pp vuosisademäärä.Kuivuusrajojen laskemisessa voidaan käyttää PET:n sijasta pelkkää evaporaatiota E. eli haihtumista maan pinnasta. Tällöin P/Eo arvot ovat seuraavanlaisia