中科院大气所等揭示21世纪全球干旱变化强度与成因圆果雀稗

中科院大气所等揭示21世纪全球干旱变化强度与成因

干旱是世界上最严重的自然灾害之一。它具有出现频率高、持续时间长、波及范围广的特点，会给社会经济和农业生产带来巨大的损失，还会造成水资源短缺、荒漠化加剧、沙尘暴频发等诸多生态和环境方面的不利影响。基于数值模拟试验的预估结果进一步显示，21世纪在全球变暖背景下，干旱将会越来越严重，干旱范围也将越来越大。但不同干旱指标（如帕尔默干旱指数pdsi、土壤湿度、径流）所揭示的未来全球干旱变化的强度有何差异和时空关联？不同干旱指标变化的驱动因子是什么？这些问题的研究有助于人们理解未来全球干旱变化的强度、成因以及不同干旱（农业、水文）之间的相互联系机理。

围绕该问题，中国科学院大气物理研究所副研究员赵天保和美国纽约州立大学奥尔巴尼分校教授aiguo dai进行了详细研究，取得了阶段性的进展。他们基于cmip5多模式结果，综合对比和分析了中低端排放情景下（rcp4.5）帕尔默干旱指数(sc_pdsi_pm)、土壤湿度和径流等三个干旱指标所揭示的21世纪全球陆地干旱变化的强度、相互关系及其差异，并对这几类干旱变化的成因进行了研究。结果表明，三种指标所描述未来干旱变化在空间分布上具有一定的可比性，但它们的变化幅度存在着明显的区域差异；至2090年代，基于sc_pdsi_pm和土壤湿度所定义的中度（严重）农业干旱在美洲大多数地区、欧洲、非洲南部、澳大利亚以及东亚和西亚等地区发生的频率将是历史结果（1971-1999年）的2(3) 倍，而由径流定义的水文干旱在大多数陆地区域发生的频率将会增加约10%~50%（图1）。三种干旱指标的概率密度函数（pdf）的分布特征（图2）揭示出未来极端农业和水文干旱事件的发生仍将趋多、趋强。进一步分析表明，未来土壤湿度的变化主要归咎于降水的减少和实际蒸发的增加，而sc_pdsi_pm的减小主要是由潜在蒸发的增加(10%~20%)与热带地区降水的减少所致。气温上升和水汽亏缺（vapor deficits）能够解释潜在蒸发的大部分变化，进而可解释亚洲、北美北部实际蒸发的增加，尽管土壤的变干会导致其他陆地区实际蒸发的减少。相比而言，辐射和风速的变化对未来潜在蒸发和干旱的影响均比较小。从全球陆地平均来看，尽管径流率（径流/降水）在21世纪的变化非常小，但降水、蒸发和径流均增加了约 4%~5%。

图1. 全球陆地未来严重干旱（左）和中等程度干旱（右）的变化(%), 其中(a)-(b)为sc_pdsi_pm变化，(c)-(d)土壤湿度，(e)-(f)径流。其中，严重(中度)干旱的定义是小于1970-1999年月距平序列第10 (20)个百分位数。

图2. 基于cmip5多模式结果的sc_pdsi_pm（左）、土壤湿度（sm, 中）和径流（r, 右）干旱的概率密度分布函数(pdf)。其中, (a)-(c) 美国西部，(d)-(f) 欧洲西南部，(g)-(i) 非洲南部，(j)-(l) 亚马逊河流域；实(虚)曲线分别是基于1970-1999年和2070-2099年两个时段所有月(暖季月)距平序列拟合的结果；实(虚)竖线是1970-1999年月距平序列第10 ( 20)个百分位数的位置。（据：中国科学院）

编辑：程梦

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