大氣所等揭示21世紀全球干旱變化的強度與成因

　　干旱是世界上最嚴重的自然災害之一。它具有出現頻率高、持續時間長、波及范圍廣的特點，會給社會經濟和農業生產帶來巨大的損失，還會造成水資源短缺、荒漠化加劇、沙塵暴頻發等諸多生態和環境方面的不利影響。基于數值模擬試驗的預估結果進一步顯示，21世紀在全球變暖背景下，干旱將會越來越嚴重，干旱范圍也將越來越大。但不同干旱指標（如帕爾默干旱指數PDSI、土壤濕度、徑流）所揭示的未來全球干旱變化的強度有何差異和時空關聯？不同干旱指標變化的驅動因子是什么？這些問題的研究有助于人們理解未來全球干旱變化的強度、成因以及不同干旱（農業、水文）之間的相互聯系機理。

　　圍繞該問題，中國科學院大氣物理研究所副研究員趙天保和美國紐約州立大學奧爾巴尼分校教授Aiguo Dai進行了詳細研究，取得了階段性的進展。他們基于CMIP5多模式結果，綜合對比和分析了中低端排放情景下（RCP4.5）帕爾默干旱指數(sc_PDSI_pm)、土壤濕度和徑流等三個干旱指標所揭示的21世紀全球陸地干旱變化的強度、相互關系及其差異，并對這幾類干旱變化的成因進行了研究。結果表明，三種指標所描述未來干旱變化在空間分布上具有一定的可比性，但它們的變化幅度存在著明顯的區域差異；至2090年代，基于sc_PDSI_pm和土壤濕度所定義的中度（嚴重）農業干旱在美洲大多數地區、歐洲、非洲南部、澳大利亞以及東亞和西亞等地區發生的頻率將是歷史結果（1971-1999年）的2(3) 倍，而由徑流定義的水文干旱在大多數陸地區域發生的頻率將會增加約10%~50%（圖1）。三種干旱指標的概率密度函數（PDF）的分布特征（圖2）揭示出未來極端農業和水文干旱事件的發生仍將趨多、趨強。進一步分析表明，未來土壤濕度的變化主要歸咎于降水的減少和實際蒸發的增加，而sc_PDSI_pm的減小主要是由潛在蒸發的增加(10%~20%)與熱帶地區降水的減少所致。氣溫上升和水汽虧缺（vapor deficits）能夠解釋潛在蒸發的大部分變化，進而可解釋亞洲、北美北部實際蒸發的增加，盡管土壤的變干會導致其他陸地區實際蒸發的減少。相比而言，輻射和風速的變化對未來潛在蒸發和干旱的影響均比較小。從全球陸地平均來看，盡管徑流率（徑流/降水）在21世紀的變化非常小，但降水、蒸發和徑流均增加了約 4%~5%。

　　論文信息：Zhao, T., A. Dai, 2015: The magnitude and causes of global drought changes in the 21st century under a low–moderate emissions scenario. J. Climate, doi:10.1175/JCLI-D-14-00363.1.