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骤旱将成为全球干旱的“新常态”! 《Science》正刊发表南信大最新研究成果

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近年来,全球范围内的干旱事件频发,这其中,有一类发展迅速、预见期短、强度大、破坏性强的干旱——“骤旱”也愈加频繁与强烈。4月14日,南京信息工程大学水文与水资源工程学院袁星教授团队在《科学》杂志刊发研究长文,指出在过去64年中,全球干旱正在经历由缓旱向骤旱的转变,而这种转变与人类活动引起的气候变化显著相关。未来,迅速爆发的骤旱将成为全球增暖背景下干旱的“新常态”。

突发性强,骤旱难以及时应对

什么是骤旱?一般而言,干旱是一种缓慢发展的气候现象,主要由大尺度气候系统内部变率引起,需要数月甚至更长的时间才能达到强度和范围上的最大值。但在异常高温和降水极度亏缺的共同作用下,通常会造成局地土壤湿度快速下降,在数周内即发展至重度干旱,干旱学界称之为“骤旱”。由于突发性强、强度大,骤旱会快速降低陆地生态系统的碳汇功能、导致湖泊等地表水体迅速干涸,严重影响生态环境和水资源安全。

“骤旱发生得很快,给我们的响应时间很短,难以及时应对。且骤旱还可能引起热浪、山火、电力短缺等,从而触发复合极端事件,造成重大社会经济损失。”袁星说,例如2012年美国中部大平原的特大骤旱就曾造成300多亿美元的经济损失;2022年中国长江全流域的特大骤旱事件导致5000万人受灾,直接经济损失500多亿元,并引发了其它极端事件。

袁星教授

全球干旱正向骤旱转变

研究团队选取了1951-2014年间的数据,根据干旱爆发速度,将次季节尺度的干旱划分为缓旱和骤旱,并利用骤旱比例的变化描述次季节干旱的转变特征。结果显示,全球次季节干旱爆发速度显著加快,并存在由缓旱向骤旱的转变。

研究发现,在政府间气候变化专门委员会极端事件特别报告划分的区域中,历史时期全球约74%的陆地区域骤旱比例及干旱爆发速度均呈上升趋势。尤其是在欧洲、北亚、萨赫勒以及南美洲西海岸等地。伴随着骤旱比例及干旱爆发速度的增加,这些地区骤旱风险不断加剧,正经历着由缓旱向骤旱的平稳转变。此外,在全球大多数地区,次季节性尺度干旱的发生速度均有所增加,为干旱转变提供了可能。

IPCC极端事件特别报告(SREX)各分区中骤旱比例(A, C)及次季节干旱爆发速度(B, D)的历史(A, B; 1951-2014)和未来(C, D; 2015-2100)变化趋势(引自Yuan et al., Science, 2023)

相比于缓旱,骤旱爆发阶段在全球范围均伴随着更严重的降水短缺,而蒸散发则在湿润地区增加更为显著,例如欧洲、中国南方、北美东部和西北部以及亚马逊等。在湿润地区,骤旱往往也比缓旱更频繁发生。湿润地区水汽充足,当雨季少雨时,强烈的太阳辐射和高温热浪会加速水分的损失;同时湿润地区植被茂盛,缺水时植物也可以从深层土壤汲取水分,有利于蒸散发的增加,容易形成骤旱。

“人类活动引起的气候变化对于干旱转变的影响很显著。”研究结果表明,全球范围内由缓旱向骤旱的转变,与人为气候变化引起的蒸散发异常和降水短缺异常显著加剧密切相关。包括温室气体、气溶胶的排放,以及土地利用的变化等人类活动是引起气候变化的主要原因之一。“尽管干旱存在年代际变化,但利用最新的耦合模式开展检测与归因,我们发现在干旱爆发加速过程中人类活动的影响非常显著。”袁星说。

亟须更深入的认识并开展监测预警

根据模型的预估结果,到2100年,在全球持续升温的影响下,次季节尺度干旱的爆发速度将进一步增加,缓旱向骤旱的转变将扩展至全球绝大多数陆地区域,且排放越高转变越显著。

快速爆发的干旱对植物生长、生态环境等会产生什么样的影响?如何建立骤旱的监测和预警机制?……加速发展的干旱也为科学研究带来了新的难题和挑战。如在2013年长江中下游的骤旱事件中,植被排放的二氧化碳量直接超过了吸收量,从“碳汇”变成了“碳源”。“由于骤旱爆发过程中伴随高温热浪,陆地生态系统可能因无法适应突发的严重水分亏缺和高温异常而遭受不可逆转的影响,大气干旱和土壤干旱的协同影响使得植被的碳汇能力严重下降。这还需要更多学科的专家学者和各部门的协作攻关。”袁星说。

“目前我们最需要的还是深入认识骤旱的成因并寻找其可预报性来源,比如大气季节内振荡和陆面-大气相互作用过程如何影响骤旱爆发和演进过程?该影响机制是否受到海温或海冰异常的调制?其次,需要研发能够刻画骤旱快速爆发过程及其影响的高分辨率陆面-生态-水文过程模型,并结合气候预测模式以及人工智能方法发展适用于骤旱的精细化监测预警技术,为应对全球变暖背景下的干旱新常态提供更可靠的科学工具。”袁星说。

据悉,该论文第一和通讯作者为袁星教授,合作者包括南信大水文与水资源工程学院研究生王钰淼和季鹏副教授、英国气象局武培立研究员、南安普顿大学Justin Sheffield教授以及威斯康星大学麦迪逊分校Jason A. Otkin博士。

扬子晚报/紫牛新闻记者  杨甜子

校对 李海慧

编辑 : 潘政

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