气候变暖，西北荒漠会因此变成绿洲吗？
2021年7月的帕米尔高原 | 图源：傅云飞
《知识分子》访谈新疆气象局首席预报员张俊兰，中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所研究员何清，中国科学院大气物理研究所研究员周天军，中国科学院新疆生态与地理研究所研究员、荒漠与绿洲生态国家重点实验室主任陈亚宁，甘肃省气象局总工程师、中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室主任张强，从科学研究的角度为公众解读以上问题。
《知识分子》：今年7月中下旬，新疆南疆的部分沙漠地区出现了洪水。为何会这样？
张俊兰：新疆沙漠发生洪水的成因有三方面，一是南疆山区强降水和暴雨引发的山洪汇聚形成，二是由于升温和持续高温使得高山积雪（冰）融化，三是上游山区暴雨和融雪（冰）混合型洪水。可见，沙漠洪水并不单是由于沙漠地区的局地降水造成的。
《知识分子》：从降水角度看，今年的南疆整体呈现出什么特点？
张俊兰：今年南疆天气气候较为异常，极端降水事件频繁发生。
3-7月，极端暴雨的频率和强度均创近五年新高，极端降水天气呈现早发、多发和强度大的特点，迄今已出现5次暴雨过程，其中4次达极端暴雨级别，多地降水突破历史极值。
其中，3月30日巴州北部焉耆、和硕两站破年最大日降水量历史极值，分别达到62.4毫米和61.1毫米。尉犁和库尔勒两站破春季最大日降水量极值，分别达到43.4毫米和24.2毫米。在本次暴雨中，巴州的焉耆、和硕、库尔勒、尉犁、若羌5个国家级气象站降水量较常年同期偏多15～40倍，为3月降水量历史同期第一位。4月2日，拜城破年最大日降雪量极值，积雪深度超过20厘米，县城新增积雪深度达40厘米。
5月14日，沙漠腹地塔中站日降水量34.0毫米，破年最大日降水量极值，相当于该站常年年均降水量的1.4倍。
6月16日（15日20:00-16日20:00），和田地区洛浦县、墨玉县、和田市日降水量分别达到74.1毫米、59.6毫米和56.0毫米，突破了日降水量的历史极值，并超过其常年的年平均降水量，其中，洛浦县日降水量是该站常年年平均降水量的1.7倍。
7月18-22日，天山南麓克州北部山区至阿克苏地区北部一线，出现107.3毫米累计雨量、78.5毫米最大日降雨和50.9毫米最大小时雨强，均达到大暴雨级别。
7月18-22日，天山南麓克州北部山区至阿克苏地区北部一线，出现107.3毫米累计雨量、78.5毫米最大日降雨和50.9毫米最大小时雨强，均达到大暴雨级别 | 受访者供图
《知识分子》：7月中下旬的南疆暴雨几乎与郑州暴雨同期发生，二者在气象学上有什么联系？
张俊兰：影响郑州暴雨的主要大气环流系统包括西北太平洋副热带高压的位置偏强、偏北、台风 “烟花” 和 “查帕卡” 水汽输送、以及当地地形的锚定作用。
几乎与郑州暴雨同期，7月18-22日，天山南麓西段发生暴雨，主要的大气环流系统是高空100hPa南亚高压由 “东高西低” 转 “匀双体” 分布，青藏高压发展明显。当南亚高压 “东高西低” 时，阿拉伯海水汽沿伊朗高压底部东风先西移、后折向北上、再东移进入南疆；南亚高压 “匀双体” 时，中亚地区水汽沿西风或西南风进入南疆，当青藏高原南风加强时，高原部分水汽沿南风也可进入南疆。
关于南疆暴雨和郑州暴雨的联系，我们注意到二者的近乎同期发生，除有高空西风带系统的影响外，还有印度洋北部天气系统的参与，但具体过程还有待研究。
《知识分子》：干旱是人们对于新疆的普遍认知。发生洪水，是今年比较特别，还是近来都有这样的趋势？
何清：极端暴雨事件频发是南疆近10年气候的显著特点，占南疆气象灾害的36%。南疆暴雨的特点是强度大、持续性在增强。
例如，2019年6月24-28日，南疆干旱区连续四天出现大到暴雨，极为罕见，25日和田地区到巴州且末县就有28个气象站观测到暴雨，且末站以48.7毫米（26日）降水量破日降水量的历史极值，最大小时雨强位于皮山县塔吉克阿可肖站，达到30.9毫米。
2020年4月17-24日，喀什地区共观测到17站次暴雨，3站次大暴雨，其中英吉沙县克孜勒乡5村累计降水量169.5毫米，5小时降水达到103.0毫米。
《知识分子》：降水增加的主要原因是什么？
何清：一是全球气候变暖的大背景，二是影响南疆天气的大尺度环流形势、水汽输送和汇聚机制发生了变化，使干旱的南疆越来越湿润、降水越来越多。
周天军：简单的说，影响气候异常的因子包括两大类。一类是自然因子，这包括太阳辐照度的变化、火山气溶胶的影响以及气候系统内部特别是海洋的自然振荡 [4]；二是人为因子，主要包括人为温室气体和气溶胶排放、以及土地利用的改变。从更长的时间尺度看，自然影子和人为因子对西北气候都有影响。
但就最近几十年来西北的暖湿化来说，研究表明，观测到降水变化受到两种过程影响。一是热力过程，伴随全球变暖，大气持水能力增强，这有利于降水增加，气象探空站资料所观测到新疆地区大气可降水量的相对增幅可达到5%/10年；二是动力过程，也就是大气环流的变化，它对降水的影响因区域而异 [1]。
研究表明，决定新疆地区变湿、中亚北部变干的主要大气环流型，是副热带西风急流的位置南移和强度的减弱。基于气候模式的归因模拟研究表明，西风急流位置的南移是全球增暖作用的结果，而强度的减弱则受到人为气溶胶排放增多的影响，也就是说，人类活动已经显著影响到大气环流的变化，从而对包括新疆在内的中亚降水造成影响 [2-3]。
以上研究工作，主要是针对平均降水的增加来说的。至于某次极端降水，例如今年南疆的暴雨，是否受到人类活动影响，这个还有待研究。气候变化研究中的 “事件归因”（event attribution），就是回答对于这类特定的破纪录极端天气事件，人类活动的影响是否改变了它发生的概率。这类研究需要时间长度足够长的高质量观测资料，对于气候模式的性能也有很高的要求。
《知识分子》：关于洪水形成的第二个因素——季节性高山融雪（冰），观测呈现出怎样的变化？
张俊兰：南疆和北疆融雪型洪水有显著差异，北疆融雪型洪水频次占全疆的75%，主汛期在春季，南疆主汛期在夏季，融雪（冰）洪水主要出现于帕米尔高原、昆仑山北坡和天山南麓西段，3月和7月分别是北疆融雪和南疆融雪（冰）洪水的高发月份。
近年来，卫星遥感监测高山融雪的变化是阶段性的，并没有看到山区积雪明显增多且长期维持的报告。具体来看，融雪变化与具体的降水和高温天气过程有关——当有大范围降水过程时，山区积雪会明显增加；当夏季南疆遇高温，山区积雪会融化，积雪面积会减少。
《知识分子》：这些极端事件给基础设施带来了什么挑战？
何清：暴雨引发的山洪，对于公路交通和水利设施造成严重威胁。
2018年，哈密的7.31特大暴雨中心降水量达到105.4-115.5毫米，山洪引发射月沟水库漫顶并局部溃坝，造成28人遇难，8700多间房屋及农田、公路、铁路、电力和通信设施受损，仅射月沟水库损失就1.7亿元，其它经济损失高达7.96亿元。
2021年7月28-29日，强降水叠加冰雪融水引发泥石流，造成喀什地区克州奥依盖孜至白沙湖景区一线有三处塌方，中巴公路中断。
目前，极端天气所造成的风险已经成为气象预报预警的重要内容，纳入应急业务体系。未来，极端天气及其衍生灾害是区域发展规划中必须重点考虑的问题，具体区域来看，北疆需重点防范春季伊犁州的中低山体季节融雪型洪水，南疆则应密切关注夏季高山冰湖溃决型和积雪、冰川融水型两类融雪（冰）型洪水。
2013年6月16～17日，南疆柯坪、温宿暴雨 | 受访者供图
《知识分子》：近来网络热议 “西北暖湿化” 及其影响，就南疆、新疆全境以及西北区而言，气象条件的整体趋势如何？
周天军：这并不是一个全新的论述。早在2002年，我国现代冰川学研究的开拓者施雅风先生就联合中国科学院和中国气象局组织了西北气候由 “暖干向暖湿” 转型问题评估 [4]。
当时，我国学者通过大量的调查和研究，发现从1987年开始，西北气候区出现了强烈的气候变化信号——从1950年代到1980年代后期，中国西部的气温呈波动变化，上升趋势不明显；但是从1987年之后，持续出现暖化倾向；20世纪后半叶，上升约1.0℃，上升速率达到0.2℃/10年。其中，新疆北部是升温最明显的地区之一。
另一方面，气候湿润度增加。例如，在经历了30多年水位下降之后，天山中部的博斯腾湖1987～2000年间水位上升3.5m。2002年8月，水位达到海拔1049.26m，超过了有器测记录以来的最高水位（1958年）1m，湖泊面积也扩大到1000km2以上。
新疆气候中心的最新监测数据表明，1961-2019年，新疆四季平均气温均呈显著上升趋势，年平均气温每10年升高0.30℃。冬季升温趋势最为明显，平均每10年升高0.38℃；春、秋次之，平均每10年分别升高0.32℃和0.30℃；夏季升温速率最小，平均每10年升高0.23℃ [6]。
就降水来说，整体呈增加趋势，其中以夏季最为显著，中心值每10年增加2.5~3.5% [3]。但进入21世纪以来，变化平稳、增加趋势不如前期显著。强降水事件明显增多，暴雨日数每10年增加12%，暴雨量每10年增加13%左右 [6]。
也就是说，西北变暖变湿的趋势，的确是不争的事实，尽管就降水总量来说依然十分有限。
《知识分子》：既然 “西北暖湿化” 得到了气象观测数据的支持，那么，会改变该区域整体的气候格局吗？
周天军：包括新疆在内的西北地区暖湿化有一个更大的背景，它不是一个局地现象，观测数据显示，降水增加的区域向西可以延伸到中亚地区的东部，与此同时，中亚北部的哈萨克斯坦则有显著的干旱化趋势。需要强调的是，尽管包括新疆在内的西北地区近几十年降水有增多的趋势，但由于该地区气候态降水量本身很低，年均只有50-70毫米，新疆干旱气候的格局依然不会改变。
何清：新疆干湿变化特征还存在次区域差异。新疆西北部的塔城、阿勒泰地区、南疆西部和帕米尔高原以持续增湿为主。1997年之后，由于温度跃升，导致潜在蒸散发量加剧，使得70%以上的站点反而出现变干趋势。
张强：首先，不应该过分夸大西北地区当前的气候变湿趋势对该区域气候的改变程度，目前，包括新疆在内的西北地区西部降水量平均每10年只增加约10毫米, 三十多年累计不超过35毫米，当前降水量其实还没有超过上世纪初的水平。
其次，由于西北地区西部气候变暖十分显著，而且变暖程度还在不断加速，这会引起该地区无效蒸发明显增加，降水增加的相当部分变湿效应，会被无效蒸发增加所抵消，所以实际变湿程度会比我们想象的要小得多。
同时，温度升高会造成高山冰川和积雪消融加快，会使部分固态水资源转化为液态水资源，从而导致该区域内蒸散发有所增强，这会对降水增加趋势有一定贡献，但这不仅不会使本区域水资源有实质性增加，反而可能会有所减少。
第三，西北地区降水变化趋势的空间差异很大，西北地区东部降水上世纪之前一直都是持续减少的，只有最近十几年才有波动增加，目前也只比谷底期（上世纪90年代）多一些，基本与上世纪70至80年代相当，它与西部区域近30年降水增加趋势属于不同时间尺度和不同形成机制。从年代际或更长时间尺度来看，西部地区西部与东部降水变化基本呈现相反的变化趋势，具有一定的 “跷跷板” 效应。前者暖湿化，后者可能就会暖干化 [11]。
另外，西北地区降水变化具有明显的波动性和不确定性，即使在变暖变湿的趋势中也会有少雨干旱的年份或低温寒冷的年份，并且目前这种变湿趋势能够持续多久，维持在什么样的范围，也还很难下定论。
《知识分子》：从对当地植被影响的角度，变暖变湿的趋势是否意味着荒漠变绿洲，西北干旱区将变成 “塞上好江南”？
陈亚宁：西北干旱区降水量的微弱增加，难以改变西北地区的荒漠景观格局和干旱、缺水状态。这是因为降水量的微弱增加难以抵消升温、蒸发加大的负效应。
自1998年以来，西北干旱区出现了 “跃动式” 升温，较其之前的35年，温度平均升高了0.93-1.11ºC，并且，一直处于高位震荡 [13]。温度升高加大了蒸发能力，降水增量不足以补偿温度升高、蒸发增加所致失水。
再是，西北地区降水量虽然增加了，但降水日数并未显著增加，降水量的增多在很大程度上是因为单场降水强度增大或暴雨所致。而这种极端降水概率的增大，反而会加剧气候灾害，加大西北地区干旱和局地暴雨洪水灾害的风险。
我们最新的研究分析结果显示，以新疆为主体的西北干旱区自2000年左右在向干旱化方向发展，荒漠区天然植被表现出明显退化趋势[12]。
伴随温度升高、蒸发能力加大，土壤水分耗散加大，一些浅根系、耐旱性差的植物死亡。物种数减少，植被覆盖度降低，植被指数在1998年出现逆转，由增加转为减少，草场出现灌丛化，生态隐忧已经凸显。
中亚地区表现出相同的干湿变化规律。2000年以来，帕米尔干旱指数呈现明显下降趋势，约65%的区域表现为干旱化程度加剧，其中，中亚哈萨克斯坦北部地区尤为突出 [15]。
值得一提的是，西北及中亚干旱区普遍出现春季物候提前现象。春季物候提前可能打破不同季节间陆—气水热交换过程的动态平衡，引起植被蒸腾增加，加速陆表土壤水分流失。同时，春季物候提前可能对气候的跨季起到反馈作用，导致夏季土壤干旱加剧，通过改变地表能量收支，促进近地表升温，导致夏季高温热浪事件的频率和强度增加。
《知识分子》：荒漠区的天然植被表现出明显退化的趋势，那么，一些湖泊 “复活”、生态系统改善的观察又是什么原因造成的呢？
陈亚宁：最近，一些断流河道下游过水、湖泊 “复活”，主要是近20年人工生态输水所致，并不是像许多自媒体文章所夸大的那样是由于 “当地气候改变、降水增加、沙漠变塞上江南”。
如塔里木河下游，截至2020年，塔里木河流域管理局已向塔里木河下游实施生态输水21次，累计输水量达84.45亿立方米。尾闾湖泊—台特玛湖“死而复活”，地表水体面积达到455.27平方公里 [14]；塔里木河姊妹河-孔雀河中下游通过生态输水，水系连通性极大改善，干涸河道过水逾600公里，沿河自然植被面积增加181平方公里；塔里木河中游的三个重点胡杨林保护区（沙雅、轮台、巴楚），通过生态补水，胡杨林生态系统得到一定程度改善。
《知识分子》：全球变暖带来了全球范围内天气的极端化，比如暴雨的增加，为什么西北地区的响应格外敏感？
张俊兰：气候敏感区和生态脆弱区对于极端天气事件格外敏感。新疆是气候干旱区，南疆更为干旱，平原区年平均降水量50-70毫米，生态环境脆弱。过去几十年来，随着全球气候变暖，干旱区的增暖幅度高于湿润区，大气可降水量相应增加，西北地区水汽含量的快速增加为暴雨提供了有利条件。
近年来强降水极端事件的概率明显增大，暴雨频发。南疆对暴雨等极端天气格外敏感的原因是，南疆长期干旱少雨，生态环境脆弱，上世纪50年代建站以来，主要防范大风沙尘危害，但近年来气象数据显示，气候变暖变湿，暴雨事件明显增多，山区局地暴雨易引发山洪、泥石流、滑坡等地质灾害，使南疆在相当一段时期内，必须面临更加复杂的天气气候情况。
周天军：根据8月9号最新公布的联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第一工作组第六次评估报告（AR6）的结果，从全球范围来看，1950年代以来大部分有观测资料的陆地地区，都经历了极端降水频率和强度的增加（结果高信度），而人类活动引起的气候变化有可能是主要的驱动因子 [7]。
就全球范围来说，观测资料显示，湿润区极端降水的增加，在总量上，依然要远大于干旱区。中国区域也是如此，基于现有台站资料的分析表明，就极端降水绝对值的增加来说，东部的湿润区要远大于干旱区，只是由于干旱区降水的气候态低，使得相对百分比增加量很大 [8]。
需要注意的是，当前研究工作是基于现有气象站网进行的，而现有地面气象观测站网多分布在低山带周边和低海拔平原区，高山峡谷地带站点非常稀少，观测站点近乎空白，我们无法监测到山地降水的变化并进而探究其原因。现在我们注意到的极端降水变化，有些可能本身早就存在了，只是因为观测网的完善近些年才被监测到。
与此同时，也有许多极端降水事件或许已经和正在发生，但是尚难以被目前的观测网监测到。资料问题，在这里尤为重要。
《知识分子》：就针对西北地区而言，气候变化带来了哪些收益或损失？
何清：随着全球气候变暖，热量增加明显，对新疆区域的林果生育进程、产量品质、种植制度、品种布局和气候资源利用率等产生显著影响；但同时，极端天气气候事件频发，也增加了特色林果生产的不稳定性。
以香梨为例，香梨种植的气候条件趋好，最适宜种植区南移西扩明显，但风灾及越冬冻害的威胁较高；而红枣适宜种植区也明显扩大，气候产量递增，但越冬冻害频次减少。
张强：从西北地区整体的长远发展来说肯定是有利的，因为它既有利于生态植被的改善，也可为社会经济各方面补充水资源。
不过，从短时或者局地而言，气候暖湿化会增加暴雨灾害发生频率和强度。一般而言，比较平稳的非极端化降水是不会致灾的，只有极端气候才容易形成灾害。何谓气候极端化？就是在干旱增加的同时，暴雨也会增加，也就是说，非降水期更长，但每次降水强度却更大。
周天军：非常赞同张强研究员的观点。降水的波动性，是气候变化应对工作必须考虑的重要环节。这里有一个专业术语——降水变率，是指降水事件可能的波动或振荡范围，变率越大，异常降水发生越频繁、降水的不均匀性越强，极端事件也越强，对民生和社会经济发展的影响也越大。最近中国科学院大气物理研究所LASG国家重点实验室的一项研究表明，伴随全球增暖，未来全球约有三分之二的陆地将面临 “更湿润且波动更大” 的水文状况，这要引起我们的重视[9]。
张俊兰：气候变化对荒漠绿洲生态环境的影响是多方面的。
首先，极端天气和灾害性天天气增多，暴雨、高温、大风、沙尘暴、寒潮、低温和冰雹等灾害性天气时有发生，尤其是极端暴雨明显增多；
第二，持续高温造成山区积雪（冰）融化形成洪灾；
第三，大风、沙尘暴、寒潮大尺度天气和冰雹、雷暴等强对流中小尺度天气，对农牧业、设施农业、林果业、交通运输、旅游和公众生活等均造成严重影响。具体而言，春季暴雨、大风、沙尘暴等灾害性天气会使春播作物迟播、重播，影响林果花期授粉等，夏季暴雨导致山洪、泥石流、山体滑坡和城镇内涝等气象灾害和衍生灾害频发，淹没农田，损毁村舍、温室大棚等；对城市运行和公众生活影响也较大，尤其影响交通安全出行、旅游运营等。
陈亚宁：近些年降水增加出现的 “暖湿化”，不能从根本上改变以新疆为主体的西北地区干旱、缺水状态和荒漠景观的基本格局。并且，随着全球变暖，极端气候水文事件会进一步增强，极端暴雨洪水、泥石流灾害的威胁也会进一步加大。经济社会发展过程中的水资源和生态压力将持续存在，干旱风险也会进一步加剧，对此我们要特别警惕，积极应对，万不可盲目乐观。
《知识分子》：针对目前的气候形势，西北干旱区整体应该做何调整？
陈亚宁：水资源不足依然是制约新疆经济社会发展的关键因素。干旱区要坚持有多少水，办多少事。在沙漠边缘（荒漠-绿洲过渡带）植树造林的做法不可取。
水从哪儿来？大量抽取地下水，会导致地下水位下降，天然植被死亡。分布在沙漠边缘，即荒漠-绿洲过渡带的天然植被抗旱、抗严寒、抗沙埋能力非常强，不需要人工特别管护。在沙漠边缘开展人工造林活动需要浇灌抚育，因为平原区的降水稀少，多在50毫米左右，没有生态意义，这样做反而费水、费电，不仅加大了区域水分耗散，同时，加剧了区域水资源供需矛盾，加大了生态建设负担。
新疆是干旱区，这个气候格局不会改变，从科学发展观的角度，要坚持宜农则农、宜林则林、宜牧则牧、宜草则草、宜沙则沙。为此我郑重建议：要以水定地、以水定城市、以水定绿、以水定发展。
张强：针对这种气候形势，对于大重大工程设施，必须考虑气候极端变化的影响，积极做好旱涝灾害防御。同时，当前暴雨对于城市的基础设施也是严峻考验，在城市防洪排涝规划中应充分进行气象灾害风险科学论证。
张俊兰：未来，气象灾害防御形势将更加复杂，气象灾害防御任务面临新挑战，政府和公众需密切关注，及早应对。灾害防御布局需要从重点防御干旱、风沙危害，拓展到暴雨洪涝灾害防御等，做好暴雨洪水、山区积雪消融等引发的中小河流洪水，及其衍生的山洪地质灾害防御的各项准备工作。
周天军：在全球变暖的背景下，预估研究表明极端降水事件对我国的影响区域范围将大大拓展，但是对于复杂地形区尚存在认知上的空白 [10]。南疆地域广袤、地形复杂、海拔落差大，地面气象站、高空探测站和雷达监测站均较为稀疏，且空间分布极不均匀。建议加强各类气象灾害监测能力建设，科学布局南疆气象监测网，完善山区自动气象站布局，填补监测空白点，提升南疆区域气象灾害监测水平。同时，加强南疆暴雨天气研究和技术支撑，提高南疆复杂气象灾害形成机理和致灾机制的认识。
何清：沙漠地区发生洪水的可能性，主要来自上游山区的极端降水和冰雪融水。极端暴雨及洪涝对当地农牧业生产、交通运输、能源生产和城市运行等造成较大影响。建议组织专家科技攻关，提高南疆暴雨定点、定时、定量预报的精细化水平，做到预报准确、预警及时、服务到位，充分发挥气象防灾减灾救灾作用。
同时，加强多部门气象灾害防御联动工作。各级交通、水利和政府部门要高度重视气象灾害防御工作，形成部门联动机制，修订和完善气象灾害应急响应联动机制。气象和水利等相关部门应依托国家突发预警信息发布系统和一键式发布平台，及时发布相关气象预警和风险预警产品。要注意加强基层防灾减灾软实力建设。继续扩大和推进气象预警信息的覆盖率，建立以预警信息为先导的快速高效应对响应机制，实现气象预警信息精准送达 “最后一公里”。
制版编辑 | 卢卡斯
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