近年來，全球范圍內(nèi)的干旱事件頻發(fā)，這其中，有一類發(fā)展迅速、預(yù)見期短、強(qiáng)度大、破壞性強(qiáng)的干旱——“驟旱”也愈加頻繁與強(qiáng)烈。4月14日，南京信息工程大學(xué)水文與水資源工程學(xué)院袁星教授團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志刊發(fā)研究長文，指出在過去64年中，全球干旱正在經(jīng)歷由緩旱向驟旱的轉(zhuǎn)變，而這種轉(zhuǎn)變與人類活動(dòng)引起的氣候變化顯著相關(guān)。未來，迅速爆發(fā)的驟旱將成為全球增暖背景下干旱的“新常態(tài)”。

突發(fā)性強(qiáng)，驟旱難以及時(shí)應(yīng)對(duì)

什么是驟旱？一般而言，干旱是一種緩慢發(fā)展的氣候現(xiàn)象，主要由大尺度氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率引起，需要數(shù)月甚至更長的時(shí)間才能達(dá)到強(qiáng)度和范圍上的最大值。但在異常高溫和降水極度虧缺的共同作用下，通常會(huì)造成局地土壤濕度快速下降，在數(shù)周內(nèi)即發(fā)展至重度干旱，干旱學(xué)界稱之為“驟旱”。由于突發(fā)性強(qiáng)、強(qiáng)度大，驟旱會(huì)快速降低陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能、導(dǎo)致湖泊等地表水體迅速干涸，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和水資源安全。

“驟旱發(fā)生得很快，給我們的響應(yīng)時(shí)間很短，難以及時(shí)應(yīng)對(duì)。且驟旱還可能引起熱浪、山火、電力短缺等，從而觸發(fā)復(fù)合極端事件，造成重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。”袁星說，例如2012年美國中部大平原的特大驟旱就曾造成300多億美元的經(jīng)濟(jì)損失；2022年中國長江全流域的特大驟旱事件導(dǎo)致5000萬人受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失500多億元，并引發(fā)了其它極端事件。

袁星教授

全球干旱正向驟旱轉(zhuǎn)變

研究團(tuán)隊(duì)選取了1951-2014年間的數(shù)據(jù)，根據(jù)干旱爆發(fā)速度，將次季節(jié)尺度的干旱劃分為緩旱和驟旱，并利用驟旱比例的變化描述次季節(jié)干旱的轉(zhuǎn)變特征。結(jié)果顯示，全球次季節(jié)干旱爆發(fā)速度顯著加快，并存在由緩旱向驟旱的轉(zhuǎn)變。

研究發(fā)現(xiàn)，在政府間氣候變化專門委員會(huì)極端事件特別報(bào)告劃分的區(qū)域中，歷史時(shí)期全球約74%的陸地區(qū)域驟旱比例及干旱爆發(fā)速度均呈上升趨勢。尤其是在歐洲、北亞、薩赫勒以及南美洲西海岸等地。伴隨著驟旱比例及干旱爆發(fā)速度的增加，這些地區(qū)驟旱風(fēng)險(xiǎn)不斷加劇，正經(jīng)歷著由緩旱向驟旱的平穩(wěn)轉(zhuǎn)變。此外，在全球大多數(shù)地區(qū)，次季節(jié)性尺度干旱的發(fā)生速度均有所增加，為干旱轉(zhuǎn)變提供了可能。

IPCC極端事件特別報(bào)告（SREX）各分區(qū)中驟旱比例（A, C）及次季節(jié)干旱爆發(fā)速度（B, D）的歷史（A, B; 1951-2014）和未來（C, D; 2015-2100）變化趨勢（引自Yuan et al., Science, 2023）

相比于緩旱，驟旱爆發(fā)階段在全球范圍均伴隨著更嚴(yán)重的降水短缺，而蒸散發(fā)則在濕潤地區(qū)增加更為顯著，例如歐洲、中國南方、北美東部和西北部以及亞馬遜等。在濕潤地區(qū)，驟旱往往也比緩旱更頻繁發(fā)生。濕潤地區(qū)水汽充足，當(dāng)雨季少雨時(shí)，強(qiáng)烈的太陽輻射和高溫?zé)崂藭?huì)加速水分的損失；同時(shí)濕潤地區(qū)植被茂盛，缺水時(shí)植物也可以從深層土壤汲取水分，有利于蒸散發(fā)的增加，容易形成驟旱。

“人類活動(dòng)引起的氣候變化對(duì)于干旱轉(zhuǎn)變的影響很顯著。”研究結(jié)果表明，全球范圍內(nèi)由緩旱向驟旱的轉(zhuǎn)變，與人為氣候變化引起的蒸散發(fā)異常和降水短缺異常顯著加劇密切相關(guān)。包括溫室氣體、氣溶膠的排放，以及土地利用的變化等人類活動(dòng)是引起氣候變化的主要原因之一。“盡管干旱存在年代際變化，但利用最新的耦合模式開展檢測與歸因，我們發(fā)現(xiàn)在干旱爆發(fā)加速過程中人類活動(dòng)的影響非常顯著。”袁星說。

亟須更深入的認(rèn)識(shí)并開展監(jiān)測預(yù)警

根據(jù)模型的預(yù)估結(jié)果，到2100年，在全球持續(xù)升溫的影響下，次季節(jié)尺度干旱的爆發(fā)速度將進(jìn)一步增加，緩旱向驟旱的轉(zhuǎn)變將擴(kuò)展至全球絕大多數(shù)陸地區(qū)域，且排放越高轉(zhuǎn)變越顯著。

快速爆發(fā)的干旱對(duì)植物生長、生態(tài)環(huán)境等會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？如何建立驟旱的監(jiān)測和預(yù)警機(jī)制？……加速發(fā)展的干旱也為科學(xué)研究帶來了新的難題和挑戰(zhàn)。如在2013年長江中下游的驟旱事件中，植被排放的二氧化碳量直接超過了吸收量，從“碳匯”變成了“碳源”。“由于驟旱爆發(fā)過程中伴隨高溫?zé)崂耍懙厣鷳B(tài)系統(tǒng)可能因無法適應(yīng)突發(fā)的嚴(yán)重水分虧缺和高溫異常而遭受不可逆轉(zhuǎn)的影響，大氣干旱和土壤干旱的協(xié)同影響使得植被的碳匯能力嚴(yán)重下降。這還需要更多學(xué)科的專家學(xué)者和各部門的協(xié)作攻關(guān)。”袁星說。

“目前我們最需要的還是深入認(rèn)識(shí)驟旱的成因并尋找其可預(yù)報(bào)性來源，比如大氣季節(jié)內(nèi)振蕩和陸面-大氣相互作用過程如何影響驟旱爆發(fā)和演進(jìn)過程？該影響機(jī)制是否受到海溫或海冰異常的調(diào)制？其次，需要研發(fā)能夠刻畫驟旱快速爆發(fā)過程及其影響的高分辨率陸面-生態(tài)-水文過程模型，并結(jié)合氣候預(yù)測模式以及人工智能方法發(fā)展適用于驟旱的精細(xì)化監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，為應(yīng)對(duì)全球變暖背景下的干旱新常態(tài)提供更可靠的科學(xué)工具。”袁星說。

據(jù)悉，該論文第一和通訊作者為袁星教授，合作者包括南信大水文與水資源工程學(xué)院研究生王鈺淼和季鵬副教授、英國氣象局武培立研究員、南安普頓大學(xué)Justin Sheffield教授以及威斯康星大學(xué)麥迪遜分校Jason A. Otkin博士。

揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞記者  楊甜子

校對(duì) 李海慧