21世纪以来干旱研究的若干新进展与展望

干旱是中国影响范围最广、造成经济损失最严重的自然灾害之一,直接威胁国家粮食安全和社会经济发展,对干旱问题的认识和研究有助于提升国家防旱减灾能力。自新中国成立以来,中国对于干旱气象的研究取得了丰硕的成果。本文以21世纪以来中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室为平台开展的与干旱气象相关的科研项目群取得的研究成果为基础,通过成果检索,对干旱监测技术、干旱时空分布规律、干旱致灾特征、干旱灾害风险及其对气候变暖的响应以及干旱灾害风险管理与防御技术等方面的新进展进行总结和归纳。同时,基于干旱气象研究的前沿发展趋势,提出中国未来干旱气象研究应在加强气候变化背景下干旱高发区综合性干旱观测试验基础上,从不同维度和尺度定量研究干旱形成机理,构建多源数据融合和多方法结合的综合干旱监测新方法,揭示干旱致灾机理,科学评估干旱灾害风险,提出具有可执行性的风险管理策略等重点科学问题上取得突破。这对于推动中国干旱气象研究具有积极意义。     

关于骤旱研究的一些思考

骤旱是一类特殊的干旱现象,以快速发展为主要特征。在全球变暖背景下,骤旱可能会成为干旱的一种"新常态",亟须开展深入研究。针对目前存在的骤旱定义争论,本文指出其本质为如何理解骤旱与传统干旱之间的区别与联系,并从骤发性、持续性、爆发和消亡过程等方面进行阐述,指出骤旱的典型时间尺度为次季节尺度,应纳入多尺度干旱体系中。在此基础上,回顾了极端个例诊断分析、人类活动检测与归因、生态环境效应等方面的研究进展。认为：未来应加强骤旱驱动机制（包括内部变率和外部强迫）、骤旱与生态系统之间的相互作用、骤旱可预报性来源以及预测方法等方面的研究;应从全球变化的视角,利用地球系统科学的研究方法,发展先进的监测和模拟预测技术,以应对日益增加的骤旱风险。     

全球干旱/半干旱区年代尺度干湿变化研究的进展及思考

干旱/半干旱区气候变化研究一直是广泛关注的前沿科学问题,尤其是气候干湿变化规律及未来的发展趋势。过去大量的研究揭示了全球不同干旱/半干旱区的干湿变化事实和机理,取得了一系列重要进展,IPCC第6次评估报告明确指出未来全球干旱化将加剧,但也存在诸多问题没有得到一致的认识。本文将对全球变暖背景下有关干旱/半干旱区年代尺度干湿变化,特别是年代尺度干旱研究进行梳理,系统评述当前相关研究的现状并提出干旱/半干旱区研究所面临的关键科学问题。     

干旱气象科学研究——“我国北方干旱致灾过程及机理”项目概述与主要进展

干旱灾害是影响社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然因素,随着气候变暖,极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势,影响不断加重。"干旱气象科学研究"是由中国气象局等国家部委组织的三大气象科学试验研究计划之一,是继"第三次青藏高原大气科学试验"实施后,于2015年以行业科研重大专项项目形式批准立项的又一重大科学研究计划。本文简要介绍了本项目的基本架构以及在外场观测试验和科学研究方面所取得的重点研究成果,展望了干旱气象科学研究趋势及可能取得的主要突破。项目以提升我国干旱防灾减灾能力、保障粮食与生态安全为科技支撑目标,以发展干旱基础理论为科学研究目标,以提高干旱监测预测预警及影响评估技术水平为业务应用目标,以我国北方地区为重点研究区域,开展跨学科、综合性、系统性的干旱气象科学试验和科学研究。实施以来,已在西北至华北的干旱半干旱区建立"V"型的干旱致灾过程及其陆—气相互作用观测试验站网布局,并开展系统性观测试验。科学研究方面也取得重要成果。研究发现,自我防御机制有助于我国北方草地主要优势种和建群种——贝加尔针茅适应未来气候变化。气候变化使中国骤发性干旱显著增加,尤其在湿润和半湿润地区可能性更大,且在未来几十年有可能持续下去,这对中国农业和水资源持续利用造成严重影响。另外,复杂下垫面地区的地—气交换研究方法得到有效改进;干旱半干旱区域的模式系统发展取得进展;发现春小麦、春玉米对干旱胁迫的响应特征,构建了玉米冠层含水量的普适性高光谱遥感估算方法等。     

气候变化背景下影响广西的主要气象灾害及变化特征

利用广西常规气象资料和主要气象灾害数据,采用数理统计方法分析近50a来气候变化背景下影响广西的主要气象灾害及其变化特征。结果表明,影响广西的主要气象灾害有暴雨洪涝、干旱、台风、寒冻害和强对流天气(冰雹、大风、雷暴、龙卷风、飑线等),广西气象灾害具有灾种多,灾害频繁、灾情严重的特点;近50a来广西气候存在明显变暖趋势,升温速率为0.145℃/10a,在这种气候变化背景下,广西气象灾害的变化表现为降水呈现两极化发展态势,干旱和洪涝频率同时增加,高温事件增加,低温事件减少,极端天气气候事件频率增加,气象灾害严重程度增加。     

双季稻主要气象灾害研究进展

热害、洪涝、干旱和冷害是影响我国双季稻安全生产的主要气象灾害。气候变化背景下,双季稻遭受的极端气候事件增加,应对气象灾害的任务更加紧迫。我国双季稻主要气象灾害的时空分布特征不同:热害、洪涝和干旱发生频率整体呈增加趋势,西部南部较高;冷害弱减轻,北高南低,不同生育期存在差异。文中对双季稻生产的影响、监测预警技术（站点监测、遥感监测、指标预警、数理统计和动态机理模型）以及防御气象灾害的减灾保产技术进行了阐述。针对当前气候资源的时空分布特点以及关于双季稻气象灾害研究存在的不足,提出了双季稻气象灾害在未来研究中需要重点关注的科学问题,即双季稻气象灾变过程及其动态监测指标体系、气候变暖背景下双季稻气象灾害遥感监测技术及其气象灾损动态评估技术、星-地耦合的双季稻气象灾变过程数值模式研发、双季稻种植制度对气候变化的适应性及其抗灾减灾新技术与示范研究,为双季稻有效防御气象灾害和稳产高产提供依据和技术支撑。     

江西省旱涝灾害风险评估与农业可持续发展

采用旱涝受灾率、成灾率、降水变率、脆弱度、灾害损失率、干旱指数等要素,评估了江西省旱涝灾害风险的时空分布特征.并根据江西省旱涝风险的时空分布特征,提出防灾减灾对策,防御和减轻旱涝灾害,以达到农业可持续发展的目的.研究结果表明,江西省每年都存在不同程度的旱涝风险,且洪涝风险大于干旱风险;干旱风险的变异程度小于洪涝风险.其空间分布为干旱风险北部重于南部、山区轻于平原;洪涝风险东部重于西部、南部轻于北部.     

气候变暖背景下青藏高原山地灾害及其风险分析

基于青藏高原1930-2010年山地灾害实例,分析了气候变暖对青藏高原山地灾害的影响。结果表明：在气候变暖背景下,冰湖溃决灾害增多,冰川泥石流趋于活跃,特大灾害出现频繁,灾害链生特征明显,表现出时间和空间上的延拓性,巨灾发生概率增大;在藏东南地区表现出雨热同期的气候特征,构成了利于冰川类泥石流形成的条件;波密县城位于两条泥石流危险区的建筑物占地面积由1988年0.014 km²扩展到2012年1.004 km²,人口与经济密集区与灾害高风险区重叠,加之气候变化导致的灾害危险性增加,青藏高原灾害风险显著增大。上述结果提供了气候变化对青藏高原山地灾害影响的证据,初步阐述了其影响特征,有助于山地减灾和进一步认识气候变化对山地灾害的影响机理。     

长江中下游地区骤发干旱与缓发干旱特征对比研究

基于再分析土壤湿度、大气等压面资料以及国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)数据,利用大气柱水分收支原理及归因方法,本文识别了1979—2020年长江中下游地区格点骤发干旱与缓发干旱,分析其空间分布及统计特征,并且诊断区域性典型骤发干旱与缓发干旱事件的发展过程及人为因素的影响。结果表明:该区域骤发干旱频发,主要发生在南部,强度偏强,且大多发展于夏季;而缓发干旱发生较少,主要发生在北部,强度偏弱,且大多发展于秋季。大气柱水汽净辐散对两类干旱的发展速度起到了重要作用,骤发干旱在发展过程中大气柱水汽净辐散偏强,造成蒸散发与降水差值较大,使得土壤湿度下降速度快于缓发干旱。2019年夏季长江中下游地区发生了一次大范围的骤发干旱事件,在发展阶段,副热带高压西伸增强了区域大气柱的风场辐散,使大气柱水汽净辐散强,干旱快速发展。2010/2011年发生了一次区域缓发干旱事件,在秋季发展阶段,近地层风场为一弱反气旋环流,风场辐散作用偏弱,大气柱水汽净辐散偏小,使干旱发展速度较慢。人类活动对2019年骤发干旱事件的影响强于2010/2011年缓发干旱事件。     

关于复合型极端事件的新认识和启示

近年来,极端天气气候事件频繁发生,且常常表现为多种事件交织形成的复合型极端事件。为了更好地认识复合型极端事件,IPCC AR6基于现有的新证据评估了复合型极端事件的最新研究成果,并取得一些新认识：扩展了有关复合型极端事件的定义,重点围绕高温干旱复合型极端事件、复合洪水和野火,评估了复合型极端事件的变化特征,探讨了复合型极端事件多因子之间的依赖性,对人类活动的影响进行了归因分析并给出了未来可能的变化。这些评估结果丰富了对复合型极端事件的基本认识。但根据现有的评估可以发现,目前在复合型极端事件发生发展机理认识方面还存在不足;同时,未来仍需进一步完善跨学科跨部门跨区域研究,加强对复合型极端事件形成机理、预估及其对生态系统,经济社会影响风险的评估,提高对区域气候变化的适应能力。     

中国区域性骤发干旱特征分析

基于国家气象信息中心2 400多个观测站的候平均日最高气温、GLDAS 2.0/2.1的土壤湿度、蒸散发资料和ERA5的500 hPa位势高度、925 hPa风场再分析资料,定义了格点骤发干旱指数,在分析1979-2017年4-9月中国区域骤发干旱气候特征和骤发干旱指数的经验正交展开空间模态的基础上,确定骤发干旱发生频...     

IPCC AR6报告关于不同类型干旱变化研究的新进展与启示

基于IPCC第一工作组(WGI)第六次评估报告(AR6),从干旱的定义和类型、干旱的驱动因素、监测到的干旱变化、干旱的归因以及预估5个方面进行了分析和总结.IPCC评估指出:(1)在全球变暖的背景下,监测到的气象和农业干旱的变化在全球尺度上并不显著,但干旱频发区域呈现不同程度的增加趋势.这种增加的趋势表明,人为气候变化...     

关于中国重大气候灾害与东亚气候系统之间关系的研究

在总结中国国旱涝等重大气候灾害的种类、时空分布特征及其形成机理研究的基础上,分析东亚气候系统对东亚地区水分循环和中国旱涝等重大气候灾害发生的影响;并且,从东亚气候系统各成员,特别是从大气圈中的东亚季风、西太平洋副热带高压、中纬度扰动,海洋圈中的ENSO循环、热带西太平洋暖池和印度洋的热力状态,以及从青藏高原的动力、热力作用、高原积雪等来分析和讨论中国重大气候灾害的形成机理.此外,还结合1998年夏季长江流域的特大洪涝以及从20世纪70年代末迄今华北地区的持续干旱所发生的具体实际,进一步分析了东亚气候系统异     

Probabilistic assessment of projected climatological drought characteristics over the Southeast USA

The study makes a probabilistic assessment of drought risks due to climate change over the southeast USA based on 15 Global Circulation Model (GCM) simulations and two emission scenarios. The effects of climate change on drought characteristics such as drought intensity, frequency, areal extent, and duration are investigated using the seasonal and continuous standard precipitation index (SPI) and the standard evapotranspiration index (SPEI). The GCM data are divided into four time periods namely Historical (1961–1990), Near (2010–2039), Mid (2040–2069), and Late (2070–2099), and significant differences between historical and future time periods are quantified using the mapping model agreement technique. Further, the kernel density estimation approach is used to derive a novel probability-based severity-area-frequency (PBS) curve for the study domain. Analysis suggests that future increases in temperature and evapotranspiration will outstrip increases in precipitation and significantly affect future droughts over the study domain. Seasonal drought analysis suggest that the summer season will be impacted the most based on SPI and SPEI. Projections based on SPI follow precipitation patterns and fewer GCMs agree on SPI and the direction of change compared to the SPEI. Long-term and extreme drought events are projected to be affected more than short-term and moderate ones. Based on an analysis of PBS curves, especially based on SPEI, droughts are projected to become more severe in the future. The development of PBS curves is a novel feature in this study and will provide policymakers with important tools for analyzing future drought risks, vulnerabilities and help build drought resilience. The PBS curves can be replicated for studies around the world for drought assessment under climate change.     

全球变化背景下多尺度干旱过程及预测研究进展

干旱是一种周期性的气候异常,主要受气候自然变率驱动,具有发展缓慢、持续时间长、影响范围广等特征。然而,气候变化使得干旱不仅有增加趋势,其特征也在发生变化。例如,发展迅速的干旱,也称骤旱,近年来频繁发生。此外,人类活动通过改变陆地水循环,直接或间接地影响干旱过程。在全球变化背景下,干旱机制研究由海-陆-气相互作用影响气象干旱的气候动力学研究扩展到包含干旱传递过程机理认识、考虑区域尺度人类活动影响,面向农业、水利、生态等行业的农业干旱和水文干旱研究,为认识干旱可预报性、发展预测方法带来了新的挑战。本文将针对多尺度干旱过程及预测,讨论相关的研究进展及未来发展方向。     

新疆气象灾害近期变化和防灾减灾工作综合评述

对新疆洪水、干旱、冰雹、沙尘暴、雪灾、地质灾害等灾害和城市、农村气象灾害分析和对防灾减灾对策研究及气候变化对灾害规律影响的分析的基础上,综合分析了新疆气象灾害及其衍生灾害的总体特征和发展趋势;归纳总结了气象部门防灾减灾工作发展的现状及其存在的主要问题,提出今后工作的一些建议。     

The anthropogenic acceleration and intensification of flash drought over the southeastern coastal region of China will continue into the future

The frequent and rapid onset of flash drought poses a serious threat to agriculture and ecosystems. Detecting human influences on flash droughts and estimating their future risks under climate change have attracted great attention. Focusing on a record-breaking flash drought event in the southeastern coastal region of China in summer 2020, the authors found that the suppression of convective precipitation and high temperature caused by the persistent high geopotential height anomalies and land–atmosphere dry coupling were important reasons for the rapid onset and strong intensity of the flash drought. Event attribution analysis with the latest CMIP6 data showed that anthropogenic climate change has not only increased the likelihood of an onset speed and intensity like those of the 2020 flash drought event, by about 93% ± 20% and 18% ± 15%, respectively, but also increased the chance of their simultaneous occurrence, by about 86% ± 38%, according to their joint probability distribution. Under a business-as-usual future scenario (SSP2-4.5), the likelihood of such an onset speed, intensity, and their simultaneous occurrence will further increase, by 85% ± 33%, 49% ± 8%, and 81% ± 48%, respectively, as compared with current climate conditions. This study highlights the importance of anthropogenic climate change for accelerating and intensifying flash drought in the southeastern coastal region of China.摘要快速爆发的骤旱对农业生产, 生态环境等造成严重威胁, 亟须量化当前及未来气候变化对骤旱爆发过程的影响. 2020年夏季, 在持续高压异常和陆气干耦合的控制下, 我国东南沿海地区出现高温少雨天气并引发极端骤旱事件. 基于第六次国际耦合模式比较计划 (CMIP6) 数据开展归因分析, 本文发现相比天然情景, 温室气体排放等人为因子导致的气候变化不仅使类似2020年骤旱爆发速度和强度的发生概率分别增加93%和18%, 还使其联合概率增加86%. 在目前排放水平下, 此类骤旱爆发速度和强度发生概率及其联合概率在21世纪末将提高85%, 49%, 和81%, 极大增加了干旱适应的挑战.     

极端天气气候事件监测与预测研究进展及其应用综述

极端天气气候事件(简称"极端事件")分为单站极端事件和区域性极端事件。本文回顾了极端事件的研究进展,首先回顾了单站极端温度、极端降水和干旱事件的观测研究及相关指数,进而对近年来不断增多的区域性极端事件研究做了简要回顾,最后还回顾了极端事件气候预测研究进展。同时,对国内外在极端事件气候监测和预测业务现状进行了初步总结,并指出:在极端事件气候监测方面中国的业务产品较丰富,并率先开展了针对区域性极端事件的监测业务,但在产品表现形式上缺乏统一组织,特别是英文产品表现力严重不足;在极端事件气候预测方面,国家气候中心发展了两种方法:一个是基于物理统计的BP-CCA和OSR的干旱预测方法,另一个基于国家气候中心月动力延伸预报模式(DERF)的高温预测方法。最后,对极端事件监测和预测业务发展及相关科学问题给出展望,指出应根据极端事件的业务需求继续加强相关研究和业务能力建设。