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韩健夫|中国西北气候有“异常”?科研人员20多年前就有预测

2019-09-27 14:50:45
导读
近期,一篇题为《<自然>提醒:中国沙漠造林或加剧水资源短缺,应选合适树种》的文章在舆论场上引发了轩然大波。一时间,围绕植树造林、西北气候变化等问题的争论也火了起来。的确,由于今年降雨量的增多,莫高窟附近戈壁沙漠也泛起了绿意。在一些研究者看来,这对于西北而言是机遇,也是挑战。我们究竟该如何科学地认识全球变暖对中国的影响?在全球变暖的大环境下,降水变化会对中国西北地区的发展带来哪些影响?本文或许能为我们提供一些答案。

【文/观察者网专栏作者 韩健夫】

全球变暖现今已经成为民众所普遍熟知的一个全球性话题。我们生活在全球变暖的气候大背景下,每时每刻都在接受来自气候变化的影响。中国地域广袤,气候类型众多,我们无法“一言以蔽之”全球变暖对中国气候所带来的全部影响。根据最新的研究结果,郑景云等学者将中国气候区划分为12个温度带、24个干湿区、56个气候区,而全球变暖对每一个气候区的温度、降水影响情况均不尽相同。所以,不加地域区分地谈全球变暖的影响既不客观,也不科学

就中国西北地区而言,气候区涉及到中温带、暖温带、高原温带的干旱与半干旱区。虽上述气候区年均降水量均在400mm以下,但降水分布极其不均匀,加之当地生态环境脆弱,是世界上气候环境最为敏感的地区之一,所以该地区的气候变化一直颇受关注。上世纪90年代,施雅风院士根据当地地表气温、降水量、冰川消融量和径流量等指标,指出西北地区,尤其是新疆地区气候于1987年后会突然向暖、湿型转型,进而提出了西北气候自暖干向暖湿转型的假说。从假说提出至今,已经过去20余年的时间。在此期间,研究人员不断对西北地区降水、干湿情况的变化进行更为细致的研究,其中便包括对西北地区气候区的进一步细化。我们知道陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆5省除东南部为温带季风气候之外,其他区域均为温带大陆性气候,两者降水差异极大。因此,科研人员依据降水变化分布的气候分区将西北地区划分为西北东部地区(Ⅴ)、青海高原及边坡地区(Ⅳ)、河西走廊地区(Ⅲ)、北疆地区(Ⅰ)和南疆地区(Ⅱ)。

图1 中国西北地区降水气候分区

(来源:刘维成等:《近55年来中国西北地区降水变化特征及影响因素分析》,《高原气象》,2017年第6期,第1535页)

在此基础上,科研人员对1961-2015年西北各气候分区的降水变化展开研究,发现自20世纪80年代中期以来,西北地区各气候分区均发生了气候的转型,其中除西北东部分区降水量呈现减少趋势外,其他分区的降水量均呈增加趋势。这一结论基本与施雅风院士的预测一致,西北地区,尤其是西部出现由干向湿的转型。而且,将降水量变化同当地的温度进行对比,发现随着西北地区整体温度的上升,这一降水分布格局将会延续较长的一段时间,即西北东部的降水会随着全球变暖而日趋干旱,而西北西部的降水量会随温度上升而继续增多。这里需要注意的是,据陈发虎院士团队的研究,西北地区东部受东亚季风影响的区域和西部干旱区间的干湿变化可能存在“错位相”特征,即干湿变化在时间上的不同步性。

从历史上看,以过去千年作为时间尺度,发现西北地区东、西部均经历过数次干湿变化,可以说干湿状态的转型是一种正常的气候现象。依据历史文献记载予以重建的历史时期西北东部地区的干湿变化,1050-1249年、1450-1549年、1721-1750年、1900-1949年均为偏干时期,1350-1449年、1550-1720年、1750-1899年则是偏湿润的时期。我们从中可以看出历史上该地区处于湿润的时间往往长达百年及以上,且与干旱交错出现,形成较为明显的百年际干湿变化周期。

对于历史文献不足的西部干旱区,研究人员则利用柴达木盆地苏干湖的年纹层岩芯摇蚊等其他代用资料的记录,重建过去千年的湿度变化。经过比对两地干湿出现时段,发现在14-17世纪期间存在明显的干湿差异。因此,从长时段观察可知,西北地区东西部之间的干湿错位并不罕见,而且一旦出现干湿转型,往往会持续百年左右的时间,不会在短时期内再度变化。


今年雨水多,8月莫高窟附近戈壁沙漠泛起绿意。敦煌研究院供图 孙志军 摄

全球各地的科研人员均在对区域气候变化的驱动力机制进行孜孜不倦的探索。当前需要解决的不单单是观察全球变暖带给世界各地的影响问题,而是要进一步解释全球变暖对于区域气候变化的作用机制。从全球范围来看,随着气候变暖,水文循环得到显著加强,北半球高纬度地区、中非、印度和东南亚地区的年降水量显著上升,而包括南美洲中北部、非洲南部、澳大利亚和印度尼西亚等低纬度地区降水明显较少,干旱趋势趋于增强。

就中国西北地区而言,经科研人员的研究,降水量与全球温度存在一定的对应关系。主要表现为为西北地区的西部干旱区年降水量随全球气温升高呈现增加趋势,而东部半干旱区年降水量呈减少趋势。例如,靳立亚等人发现了颇为值得关注的现象,即新疆地区在最近4个全球平均气温较高年份的平均降水量比4个温度较低年份的平均降水量增加了30%以上,而在甘新边界及甘肃东部地区是减少的。

从机制上观察,西北地区的水汽输送途径有三,即来自大西洋、北冰洋等的西风带,来自印度洋的南亚季风和来自太平洋的东亚季风。在全球变暖的趋势下,北冰洋的水汽呈现增长趋势,极大影响到北半球中高纬度大气环流的基本状态,代表性的影响即北极涛动(AO)的突变。如当北极涛动(AO)处于正位相时,极涡面积指数偏小,而研究人员发现,极涡面积减少与西北降水西增东减的现象有很好的相关性。

同样,全球变暖通过影响热带中东太平洋和北太平洋中纬度海洋表面温度,从而作用于太平洋的东亚季风强度,进而影响西北地区东部的降水多寡。这里需要注意的是,无论全球变暖对哪一个水汽来源区的海洋-大气造成影响,均导致一个共同性的结果,即西北地区降水的西增东减。

图2:北极涛动(AO)不同位相效应图

(来源:香港天文台官网,J. M. Wallace, University of Washington供图)

上述讨论的是西北地区年均降水量问题。那么,在全球变暖的背景下,极端降水与干旱的发生频率是否也随之增加呢?根据气象部门的研究,西北地区在全球变暖的背景下,极端降水日数在过去30年间,有明显的增加。这表明极端降水事件的发生频率越来越高。在空间分布上,除西北地区东南部外,其余地区极端降水日数均呈增加趋势,尤其是新疆地区增加趋势最显著。

从历史上看,在过去1000年中,西北地区东部发生概率为10%的极端干旱事件曾在11世纪、15世纪和20世纪频繁出现,其中15世纪竟高达24次之多。而对于历史时期西北地区西部极端干旱的重建,研究人员根据青海柴达木盆地的树轮记录,发现过去2800年中,同样发生概率的极端干旱事件在西汉初年、唐末五代和明代中前期最为频繁,魏晋南北朝和明代末年是群发期,而公元5-12世纪是低发期。由此可以看出,在整个历史时期,西北地区的极端降水、干旱事件均呈现出群发性和间歇性相间的特征,且持续时间往往长达百年及以上。

图3:过去1000年西北东部地区极端干旱数量图

(来源:杨煜达、韩健夫:《历史时期极端气候事件的甄别方法研究——以西北千年旱灾序列为例》,《历史地理》第30辑,2014年,第27页)

面对未来西北地区长期的降水与极端降水分布格局,从社会经济发展和防灾救灾角度出发,我们要展开相应的预判、预防工作。在干旱和半干旱的西北地区,降水是农牧业生产的主要影响因素,因此降水变化在西北地区农牧业发展、经济建设中扮演着重要的角色。但是单单看降水量并不全面。年干燥度,即最大可能蒸散多年平均与年降水量多年平均的比值,同样是影响植被类型和农业生产类型的重要因子。研究人员对西北地区干燥度变化进行研究后发现,在上世纪80年代中后期,西北地区干燥度出现突变,之后随着西北地区西部降水量的增加和蒸发量的下降,干燥度指数呈现不断减小的趋势。这无疑对西北地区农牧业生产带来利好效应。

在防灾救灾方面。西北地区西部降水量的逐渐增多,一方面会引起土壤湿度、地表覆盖的正效应变化,进而抑制沙尘暴的发生;但另一方面,降水的增多是以弱降水显著减少、强降水日数及降水量显著增多的方式实现,进而容易导致由于极端降水事件而引发的泥石流、滑坡等次生灾害增多。另外,西北地区东部降水量的减少趋势同样值得关注。随着气候进一步变暖,降水量减少趋势会愈发严重,尤其是雨季,随气温升高,降水量的减少会导致该地区干旱趋势加剧,特别是宁夏中部、甘肃中部和陕西北部等一些经常发生干旱的地区形势愈发严峻。

总之,“通古今之变”使我们可以对当前全球变暖背景下出现的西北地区降水变化保持更为理性的态度。面对西北地区干湿的转型与极端降水增多等变化,应将关注重点更多放在社会发展和防灾减灾之上,而非猎奇式地进行夸张渲染甚至传播不必要的恐慌。

本文系观察者网独家稿件,未经授权,不得转载。

韩健夫

韩健夫

杭州电子科技大学网络文化与网络生态安全研究所助理研究员

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来源:观察者网 | 责任编辑:吴立群
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