1992-2020年4-6月中亞南部土壤濕度變化趨勢(shì)，黑色為不同土壤濕度產(chǎn)品平均結(jié)果，紫色為外強(qiáng)迫作用結(jié)果，橙色為外強(qiáng)迫和IPO位相轉(zhuǎn)換共同作用結(jié)果?！≈锌圃捍髿馑?供圖

中新網(wǎng)北京1月13日電 (記者 孫自法)近30年來(lái)，中亞農(nóng)業(yè)干旱加劇，這究竟是什么原因?qū)е拢俊霸獌础笔钦l(shuí)？中國(guó)科學(xué)家最新完成的一項(xiàng)研究予以“破案”稱，氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率和人類活動(dòng)的共同作用是加劇近30年中亞農(nóng)業(yè)干旱的“罪魁禍?zhǔn)住薄?/p>

由中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所(中科院大氣所)周天軍研究員課題組完成的這項(xiàng)氣候系統(tǒng)影響及其與農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)研究的重要成果論文，北京時(shí)間12日夜間在國(guó)際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然-地球科學(xué)》發(fā)表。

(資料圖)

論文通訊作者周天軍研究員介紹說(shuō)，農(nóng)業(yè)干旱是指由于降水不足和蒸發(fā)過(guò)度而導(dǎo)致的土壤水分虧損，在生長(zhǎng)季會(huì)影響作物生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)功能。2021年春末夏初，中亞大部分地區(qū)遭受嚴(yán)重農(nóng)業(yè)干旱，對(duì)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)造成嚴(yán)重影響，這引發(fā)人們對(duì)農(nóng)業(yè)干旱的成因及其未來(lái)可能變化問(wèn)題的高度關(guān)注。

不過(guò)，2021年的中亞極端農(nóng)業(yè)干旱并非一次偶然事件，在過(guò)去30年中，受當(dāng)?shù)販囟瘸掷m(xù)升高和降水減少的影響，中亞土壤濕度在生長(zhǎng)季初期顯著降低，農(nóng)業(yè)干旱加劇，令該地區(qū)面臨嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境挑戰(zhàn)。而理解中亞農(nóng)業(yè)干旱長(zhǎng)期變化的成因，是可靠預(yù)測(cè)其未來(lái)變化的先決條件。

不同模式模擬和預(yù)估的4-6月中亞南部土壤濕度變化，圖為相對(duì)當(dāng)前氣候態(tài)(1995-2014年)異常值。　中科院大氣所 供圖

課題組進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)，人為外強(qiáng)迫和太平洋年代際振蕩(IPO)主導(dǎo)的氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率通過(guò)調(diào)控溫度和降水的變化，共同導(dǎo)致過(guò)去30年中亞南部地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱在生長(zhǎng)季初期(4-6月)變強(qiáng)。其中，人為外強(qiáng)迫是指人為溫室氣體和氣溶膠排放，以及土地利用造成的地表反照率、粗糙度等變化，IPO則是太平洋海溫一種20-30年準(zhǔn)周期的年代際振蕩現(xiàn)象。

周天軍指出，土壤濕度是表征農(nóng)業(yè)干旱的直接指標(biāo)，其變化由溫度和降水變化共同決定；溫度和降水的長(zhǎng)期變化受人為外強(qiáng)迫和氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率的共同影響。此次研究工作利用多套大樣本的氣候模式集合模擬試驗(yàn)，結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)，有效分離了人為外強(qiáng)迫和氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率在生長(zhǎng)季初期對(duì)中亞南部土壤濕度長(zhǎng)期變化的影響。

他們的研究發(fā)現(xiàn)，在溫室氣體排放引起的輻射強(qiáng)迫主導(dǎo)下，過(guò)去半個(gè)世紀(jì)以來(lái)中亞地區(qū)快速升溫，土壤水分蒸發(fā)蒸騰加強(qiáng)，土壤濕度降低。同時(shí)，中亞南部生長(zhǎng)季初期土壤濕度的變化還受到IPO的調(diào)控。近30年IPO的位相轉(zhuǎn)換，造成中亞南部春季降水減少，這也加劇隨后生長(zhǎng)季初期土壤濕度的降低。

論文第一作者、中科院大氣所博士后江潔表示，綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)、氣候模擬數(shù)據(jù)分析和物理機(jī)制理解，課題組定量估算出人為外強(qiáng)迫和IPO對(duì)1990年代以來(lái)中亞南部土壤濕度變化的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)二者對(duì)歷史變化的貢獻(xiàn)彼此相當(dāng)，氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率加劇了人為因子引起的近30年中亞農(nóng)業(yè)干旱的增強(qiáng)趨勢(shì)。

與此同時(shí)，在一種高溫室氣體排放情景(RCP8.5)下，由于人口增多、技術(shù)革新率不高和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整緩慢，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)期的高能源需求及高溫室氣體排放，中亞地區(qū)未來(lái)將快速增溫。受增溫影響，中亞南部農(nóng)業(yè)干旱未來(lái)將進(jìn)一步加劇。雖然IPO能夠調(diào)節(jié)未來(lái)幾十年農(nóng)業(yè)干旱變化的幅度，但難以逆轉(zhuǎn)人類活動(dòng)導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)干旱長(zhǎng)期增強(qiáng)趨勢(shì)。這一結(jié)果凸顯了未來(lái)溫室氣體減排工作對(duì)于緩解和遏制干旱化加劇趨勢(shì)的重要性。

江潔介紹說(shuō)，氣候預(yù)估本質(zhì)是考察氣候系統(tǒng)對(duì)輻射強(qiáng)迫的響應(yīng)問(wèn)題，因此傳統(tǒng)上多關(guān)注世紀(jì)尺度的長(zhǎng)期變化態(tài)勢(shì)，但應(yīng)對(duì)氣候變化的科學(xué)決策需要進(jìn)一步給出近期、中期和長(zhǎng)期的幾十年平均的氣候狀況，這就需要考慮IPO等氣候系統(tǒng)固有的幾十年尺度的內(nèi)部變率的影響。本項(xiàng)研究針對(duì)農(nóng)業(yè)干旱預(yù)估問(wèn)題，提供出一種定量估算內(nèi)部變率潛在影響的方案。

江潔強(qiáng)調(diào)，此前的研究發(fā)現(xiàn)，在不同氣候預(yù)估情景下，伴隨著大氣中水汽的增多，中亞地區(qū)春季降水將顯著增多。然而，降水的增加并不就一定意味著干旱的減輕，因?yàn)檫€需要考慮蒸散發(fā)的影響，而同時(shí)考慮降水和蒸散發(fā)的干旱指數(shù)表明，21世紀(jì)中亞地區(qū)氣象干旱會(huì)更加嚴(yán)重。課題組這次研究分析發(fā)現(xiàn)，在人為外強(qiáng)迫影響下，盡管未來(lái)春季降水增多，但由于溫度升高導(dǎo)致的蒸發(fā)蒸騰的加強(qiáng)，由土壤濕度所表征的農(nóng)業(yè)干旱依然將加劇。

“中亞是絲綢之路沿線的氣候敏感區(qū)，農(nóng)業(yè)在該地區(qū)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位，農(nóng)業(yè)干旱的加劇勢(shì)必對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成嚴(yán)重影響。”江潔提醒，除農(nóng)業(yè)干旱以外，還有越來(lái)越多的研究證據(jù)表明，若不采取切實(shí)有效的溫室氣體減排措施，未來(lái)中亞地區(qū)還將面臨愈發(fā)嚴(yán)峻的氣象干旱和水文干旱的影響。多種類型干旱的共同影響，也意味著中亞地區(qū)需要有相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃，以有效應(yīng)對(duì)氣候變化的影響。(完)