近30年中亚农业干旱为何加剧？中国科学家最新研究破案

　　1992-2020年4-6月中亚南部土壤湿度变化趋势，黑色为不同土壤湿度产品平均结果，紫色为外强迫作用结果，橙色为外强迫和IPO位相转换共同作用结果。 中科院大气所 供图
　　中新网北京1月13日电 (记者 孙自法)近30年来，中亚农业干旱加剧，这究竟是什么原因导致？＂元凶＂是谁？中国科学家最新完成的一项研究予以＂破案＂称，气候系统内部变率和人类活动的共同作用是加剧近30年中亚农业干旱的＂罪魁祸首＂。
　　由中国科学院大气物理研究所(中科院大气所)周天军研究员课题组完成的这项气候系统影响及其与农业关联研究的重要成果论文，北京时间12日夜间在国际专业学术期刊《自然-地球科学》发表。
　　论文通讯作者周天军研究员介绍说，农业干旱是指由于降水不足和蒸发过度而导致的土壤水分亏损，在生长季会影响作物生产和生态系统功能。2021年春末夏初，中亚大部分地区遭受严重农业干旱，对农业和畜牧业造成严重影响，这引发人们对农业干旱的成因及其未来可能变化问题的高度关注。
　　不过，2021年的中亚极端农业干旱并非一次偶然事件，在过去30年中，受当地温度持续升高和降水减少的影响，中亚土壤湿度在生长季初期显著降低，农业干旱加剧，令该地区面临严峻的生态环境挑战。而理解中亚农业干旱长期变化的成因，是可靠预测其未来变化的先决条件。
　　不同模式模拟和预估的4-6月中亚南部土壤湿度变化，图为相对当前气候态(1995-2014年)异常值。 中科院大气所 供图
　　课题组进行深入研究发现，人为外强迫和太平洋年代际振荡(IPO)主导的气候系统内部变率通过调控温度和降水的变化，共同导致过去30年中亚南部地区农业干旱在生长季初期(4-6月)变强。其中，人为外强迫是指人为温室气体和气溶胶排放，以及土地利用造成的地表反照率、粗糙度等变化，IPO则是太平洋海温一种20-30年准周期的年代际振荡现象。
　　周天军指出，土壤湿度是表征农业干旱的直接指标，其变化由温度和降水变化共同决定；温度和降水的长期变化受人为外强迫和气候系统内部变率的共同影响。此次研究工作利用多套大样本的气候模式集合模拟试验，结合观测数据，有效分离了人为外强迫和气候系统内部变率在生长季初期对中亚南部土壤湿度长期变化的影响。
　　他们的研究发现，在温室气体排放引起的辐射强迫主导下，过去半个世纪以来中亚地区快速升温，土壤水分蒸发蒸腾加强，土壤湿度降低。同时，中亚南部生长季初期土壤湿度的变化还受到IPO的调控。近30年IPO的位相转换，造成中亚南部春季降水减少，这也加剧随后生长季初期土壤湿度的降低。
　　论文第一作者、中科院大气所博士后江洁表示，综合观测数据、气候模拟数据分析和物理机制理解，课题组定量估算出人为外强迫和IPO对1990年代以来中亚南部土壤湿度变化的贡献，发现二者对历史变化的贡献彼此相当，气候系统内部变率加剧了人为因子引起的近30年中亚农业干旱的增强趋势。
　　与此同时，在一种高温室气体排放情景(RCP8.5)下，由于人口增多、技术革新率不高和能源结构调整缓慢，导致长时期的高能源需求及高温室气体排放，中亚地区未来将快速增温。受增温影响，中亚南部农业干旱未来将进一步加剧。虽然IPO能够调节未来几十年农业干旱变化的幅度，但难以逆转人类活动导致的农业干旱长期增强趋势。这一结果凸显了未来温室气体减排工作对于缓解和遏制干旱化加剧趋势的重要性。
　　江洁介绍说，气候预估本质是考察气候系统对辐射强迫的响应问题，因此传统上多关注世纪尺度的长期变化态势，但应对气候变化的科学决策需要进一步给出近期、中期和长期的几十年平均的气候状况，这就需要考虑IPO等气候系统固有的几十年尺度的内部变率的影响。本项研究针对农业干旱预估问题，提供出一种定量估算内部变率潜在影响的方案。
　　江洁强调，此前的研究发现，在不同气候预估情景下，伴随着大气中水汽的增多，中亚地区春季降水将显著增多。然而，降水的增加并不就一定意味着干旱的减轻，因为还需要考虑蒸散发的影响，而同时考虑降水和蒸散发的干旱指数表明，21世纪中亚地区气象干旱会更加严重。课题组这次研究分析发现，在人为外强迫影响下，尽管未来春季降水增多，但由于温度升高导致的蒸发蒸腾的加强，由土壤湿度所表征的农业干旱依然将加剧。
　　＂中亚是丝绸之路沿线的气候敏感区，农业在该地区的国民经济发展中占据重要地位，农业干旱的加剧势必对社会经济发展造成严重影响。＂江洁提醒，除农业干旱以外，还有越来越多的研究证据表明，若不采取切实有效的温室气体减排措施，未来中亚地区还将面临愈发严峻的气象干旱和水文干旱的影响。多种类型干旱的共同影响，也意味着中亚地区需要有相应的风险管理计划，以有效应对气候变化的影响。(完)