近60年来我国干湿程度的变化及归因 | Science Bulletin
水是受气候变化影响最直接和最重要的因子之一，气候变化会引起水资源在时间和空间上的重新分配。在全球变暖的大背景下，水循环加剧，干的地方变得更干，湿的地方变得更湿，干旱半干旱区面积增加，生态环境将会更加严酷，对区域乃至全球可持续发展造成了严重威胁。中国地处北半球副热带和中纬度地区，地形复杂，同时受到季风环流和西风环流的影响，气候变化的区域差异明显。因此，定量评估中国干湿程度的变化特征和空间差异，并对其进行归因分析，可以更好地理解我国气候变化及其影响，为水资源的合理利用，农业区域的科学规划和经济社会的可持续发展提供依据。
本研究利用1961~2015年中国578个气象台站的月分辨率观测资料，使用年降水（P）与年潜在蒸散量（PET）的比值来定义干燥度指数（AI），分析AI的年代际变化并确定各个气候因子对全国以及不同区域AI变化的贡献。其中，潜在蒸散量是指在土壤水分充足，植被覆盖情况下的最大的蒸发量，本文使用考虑更多要素的彭曼方法计算潜在蒸散量。某一地区的干燥度指数越大，表明这一地区越湿润；反之，干燥度指数越小，表明这一地区越干燥。AI同时考虑了降水、气温、风速、相对湿度和有效能量的影响，所以可以很好地表征一个地区干湿程度。
中国干湿程度的变化特征
研究结果显示，由于大西洋多年代际振荡（AMO）在20世纪90年代初从冷位相转变为暖位相，所以全国平均AI的变化趋势在1993年发生了年代际转折（图1）。1993年以前，AI主要受到有效能量的影响，表现为增加趋势，之后AI主要受到相对湿度的影响，表现为降低趋势，即过去近60年全国表现为先变湿后变干。对于全国范围而言，降水是控制AI变化的重要因子，大部分区域AI的变化主要受其影响。
图1 1961~2015年，全国平均干燥度指数的变化。其中，细实线为年平均值，粗实线为11年滑动平均，红线为分段拟合趋势线，蓝线为趋势转折点。
干湿程度变化的归因分析
AI的变化同时受到降水、气温、风速、相对湿度和有效能量的影响，而各个因子对的贡献在不同阶段和不同区域都存在着差异，因此AI的变化存在着明显的区域性差异。进一步的研究表明，1961~1993年，气溶胶、太阳活动和大气成分等因子的共同作用导致太阳辐射在全国整体呈现明显下降趋势，使得有效能量成为影响华南、西南、长江中下游及江淮和高原地区AI变化的主要控制因子；而1993~2015年，太阳辐射下降趋势减弱，且部分地区转为上升趋势，而相对湿度的下降趋势增强，成为长江中下游、江淮、西南和高原地区AI变化的主要影响因子（图2(a), (b)）。气温和风速对AI变化的贡献较小，主要影响高原和西北地区。
图2 全国、西南和华南地区的AI及各个因子的贡献相对于1961~1990年AI的相对变率和相对贡献。其中，AI代表干燥度指数，P代表降水，u代表风速，Ta代表气温，RH代表相对湿度，E代表有效能量。黑色填充表示通过了95%的显著性检验。
对于全国整体而言，因为湿度的变率主要受大尺度环流的影响，所以相对于降水、太阳辐射及相对湿度的贡献较小，而温度的升高会使潜在蒸发增加，气候更加干旱，特别是近些年来，温度对AI的贡献正逐渐加剧。因此，随着未来全球变暖越来越显著，温度对干湿程度的影响也将会变得越来越重要。而对不同区域，例如近些年来西南和华南地区遭受了严重的干旱，AI在1993年以后表现出了降低的趋势，这是由于除降水外，其他的气候因子都对干旱具有相应的贡献（图2(c)，(d)）。研究结果充分说明，干旱是多气候因子共同作用的结果，为了更好地理解近些年来的干旱事件，除降水外，其他气候因子的影响也应该充分地被考虑进去。
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Liu C, Huang W, Feng S, et al. Spatiotemporal variations of aridity in China during 1961-2015: decomposition and attribution. Science Bulletin, 2018, 63(18): 1187-1199
doi: 10.1016/j.scib.2018.07.007
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