Science正刊发表南信大研究成果

A global transition to flash droughts under climate change

Xing Yuan et al.,in 2023 Science

干旱是指一段时间内水分亏缺的状态，会对区域经济和环境以及人类健康造成破坏性影响。干旱按持续的时间可分为长期干旱和次季节性干旱。在次季节性干旱中，根据发展速度可分为缓慢发展的慢旱和以突发性为特征的骤旱。短时间内大量降水亏缺和异常高蒸散会导致土壤水分迅速降低，从而引发骤旱。

气候变化加速了陆地水文循环，加剧了全球干旱，理论上可能会增加骤旱发生的概率，已有研究指出一些地区的骤旱频率显著上升。但目前的干旱监测和预报系统大多建立于对传统慢旱的研究基础之上，对骤旱的敏感性不高。因此，在气候变化背景下探究历史、未来时期全球干旱/骤旱时空变化特征方面的研究存在不足。

本文基于历史再分析数据和CMIP6气候模式模拟的历史和未来时期结果，发现在历史时期因人为强迫全球发生了向骤旱的转变，未来时期全球将保持这种转变趋势，且更高排放的情景下转变风险更大，干旱发生速度越快。

本文将土壤水分下降速率作为干旱发生速度的衡量指标，以此识别出骤旱与次季节性干旱。将土壤湿度在生长季中从40%分位数以上降低到20%分位数以下，且持续了20天以上的干旱事件定义为次季节性干旱。将土壤湿度（5天合成）每次降低分位数大于5%的次季节性干旱定义为骤旱。

在此基础上，文章给出了近64年局地次季节性干旱的全球分布，结果表明骤旱分布具有区域差异，在湿润地区更加频繁，而慢旱分布地区差异不显著。在骤旱频率高的地区，次季节性干旱的发生速度也更快。

图1 骤旱占比与次季节性干旱发生速度的空间分布

随后，文章基于再分析数据估算了历史时期全球骤旱在次季节性干旱中占比、次季节性干旱发生速度的变化趋势，发现历史时期全球次季节性干旱呈现向骤旱转变的趋势。

接着，文章通过对比历史时期人为强迫和自然强迫下干旱的模拟结果，采用最优指纹法检验其显著性，发现只有同时考虑自然和人为强迫时模拟结果才会显示出与再分析数据一致的趋势，仅考虑自然强迫时趋势不显著。于是，将历史时期全球向骤旱的转变归因为人为强迫。进一步分析作用机理，发现人为强迫导致蒸散发增加，扩大了降水盈余（P-ET）的亏缺，最终导致骤旱增加。

图2 全球平均骤旱占比和次季节性干旱发生速度变化的归因

最后，文章基于第六次耦合模式比对项目(CMIP6)气候模式模拟结果，得到了未来时期不同情景下的全球干旱变化趋势分布。发现超过74%的IPCC SREX国家和地区骤旱占比和次季节性干旱发生速度增加，表明在未来时期全球将保持向骤旱转变的趋势，并且在更高排放情景下向骤旱转变的风险更大，干旱发生速度更快。

图3 IPCC SREX地区平均骤旱占比和次季节性干旱发生速度的历史和未来趋势

本研究发现在历史时期人为强迫导致了全球次季节性干旱呈现向骤旱的转变，这种转变趋势在未来时期还将持续，且随排放增大而加剧。因此，需要人类立即采取措施以延缓全球变暖，并预防气候变化的不利影响。

同时，干旱“加快”也对干旱监测和预测提出了重大挑战，之后需要将大气-海洋等系统作用与局地大气-陆地系统反馈相结合以提高预测精度。在几周的时间尺度上预警骤旱的发生，对于减轻其影响并管理这种新常态的风险非常有益。

注1：第一作者&通讯作者是南京信息工程大学水文与水资源工程学院袁星教授

注2：edited by 地学新文献&于焉

转自：“生态遥感前沿”微信公众号

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