劉珂 姜大膀

1中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京100029

2中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049

3中國科學(xué)院氣候變化研究中心，北京100029

1 引言

IPCC（2013）指出近百年來的氣候變暖是一個(gè)毋庸置疑的事實(shí)，1880～2012年全球地表溫度平均增加了 0.65～1.06°C。近百年來的全球變暖引起了生態(tài)環(huán)境惡化（林而達(dá)等，2006），同時(shí)導(dǎo)致了各種極端氣候事件的頻發(fā)（Frich et al., 2002；Milly et al., 2002），在全球變化的背景下，氣候變暖及其環(huán)境影響已成為各國政府和民眾普遍關(guān)心的焦點(diǎn)。在各類極端天氣和氣候事件中，干旱是造成影響和損失最大的一種氣象災(zāi)害（Wilhite et al., 2007），1990 s以來中國由干旱造成的直接經(jīng)濟(jì)損失每年在 1000億以上（符淙斌等，2005），因此對干旱進(jìn)行專門研究有重要的學(xué)術(shù)和現(xiàn)實(shí)意義。目前，有關(guān)干旱的研究中最常使用的是土壤濕度和能綜合考慮降水和蒸散發(fā)作用的干旱指數(shù)，其中帕爾默干旱指數(shù)（Palmer，1965）和標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI；Vicente-Serrano et al., 2010a）是使用最為廣泛的兩種干旱指數(shù)（衛(wèi)捷等，2003；翟盤茂和鄒旭愷，2005；蘇明峰和王會軍，2006；姜大膀等，2009；許崇海等，2010；Vicente-Serrano et al., 2011；Dai, 2012；石崇和劉曉東，2012）。

在未來全球持續(xù)變暖背景下，全球和區(qū)域尺度干濕氣候如何變化是應(yīng)對和適應(yīng)氣候變化的關(guān)鍵參考因素，也是氣候變化預(yù)估領(lǐng)域的主題之一。利用干旱指數(shù)和土壤濕度等預(yù)估未來世界范圍的干濕變化趨勢結(jié)果表明：隨著氣候變暖，全球整體表現(xiàn)出干旱化傾向，其中北美中北部、中亞、東亞、西非以及地中海地區(qū)變干最明顯（Wetherald and Manabe，1999，2002；Wang，2005；IPCC，2007；Gao and Giorgi，2008；Sheffield and Wood，2008；Dai，2012）。目前有關(guān)中國氣候變化的預(yù)估研究仍多著眼于溫度和降水及其極端值方面，對于干濕變化的關(guān)注有限。以往采用單一指標(biāo)和少數(shù)模式數(shù)據(jù)的幾項(xiàng)分析結(jié)果綜合表明，21世紀(jì)中國氣候有變干傾向，但幅度及其地域分布具有很大的不確定性（姜大膀等，2009；翟建青等，2009；許崇海等，2010；李明星和馬柱國，2012），現(xiàn)階段亟待采用更多的指標(biāo)和新一代的氣候模式試驗(yàn)數(shù)據(jù)開展工作。為此，我們使用RCP4.5（Representative Concentration Pathway4.5）情景下CMIP5（國際耦合模式比較計(jì)劃第五階段）中 21個(gè)模式的試驗(yàn)資料，以土壤濕度和干旱指數(shù)——SPEI為指標(biāo)，集中分析了未來中國干濕變化，以期為更好地理解未來氣候變化及其影響評估提供參考。

2 資料和方法

2.1 資料

本文使用了 CMIP5中所有滿足使用彭曼-蒙特斯公式計(jì)算SPEI要素需求的21個(gè)氣候模式的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，相關(guān)信息請參閱表1。其中，用到的氣象要素包括月平均溫度（經(jīng)地形校正后）、降水、地表氣壓、2 m風(fēng)速、相對濕度、比濕、地表長、短波輻射通量和整層土壤濕度；1986～2005年為歷史氣候模擬試驗(yàn)，2006～2100年為RCP4.5情景試驗(yàn)。評估模式模擬能力的再分析資料是美國普林斯頓大學(xué)研發(fā)的高分辨率全球陸面同化數(shù)據(jù)（Sheffield et al., 2006），包括月平均溫度、降水、地表氣壓、2 m風(fēng)速、相對濕度、比濕等要素，以及 NCEP（National Centers for Environmental Prediction）的凈輻射數(shù)據(jù)（Kalnay et al., 1996）。模式模擬能力評估時(shí)段為1986～2005年，期間所有模式資料均插值到了統(tǒng)一的0.5°×0.5°水平分辨率上。

2.2 方法

文中干濕氣候區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)使用的是 1994年聯(lián)合國防治荒漠化公約（UNCCD）中的定義，干旱、半干旱和半濕潤區(qū)為年降水與潛在蒸散發(fā)之比在0.05～0.60之間的大陸地區(qū)，0.05～0.20為干旱區(qū)，0.20～0.50為半干旱區(qū)，0.50～0.65為半濕潤區(qū)，而大于0.65則為濕潤區(qū)。

表1 CMIP5模式及其集合，“*” 代表挑選的10個(gè)較好模式Table 1 CMIP5 models and their ensemble means, in which “*” denotes the 10 better models

因?yàn)?SPEI綜合考慮了降水和蒸發(fā)作用，而且它能夠在多個(gè)時(shí)間尺度上合理地評估干旱（Vicente-Serrano et al., 2010b），因此我們選取這一指標(biāo)進(jìn)行集中研究，原始算法請見 http://digital.csic.es/handle/10261/10002?locale=en [2013-02-01]，更多信息請參閱Vicente-Serrano et al.（2010b）。期間，在計(jì)算潛在蒸散發(fā)過程中我們采用了與現(xiàn)實(shí)更為接近的彭曼-蒙特斯公式（Monteith, 1965），代替了原來的桑斯維特公式（Thornthwaite, 1948）。

由于不同氣候模式間的陸面模式或參數(shù)化方案不同，因此對土壤深度的定義和分層存在著很大的差異。為方便對模式模擬土壤濕度的能力進(jìn)行集合分析，文中參考李明星和馬柱國（2012）的方法，對模式整層土壤濕度進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，即：Sstd=(Sgrid-Smin)/(Smax- Smin)，其中 Sstd為標(biāo)準(zhǔn)化格點(diǎn)土壤濕度；Sgrid為模式模擬的格點(diǎn)土壤濕度，單位：kg m-2； Smin和 Smax分別為1986～2005年模式模擬的中國區(qū)域內(nèi)土壤濕度的最小和最大值。

3 模式評估

考慮到降水是干濕變化的主要影響因子，我們對21個(gè)模式模擬的1986～2005年中國年平均降水量進(jìn)行了評估，用到的統(tǒng)計(jì)量包括模擬與觀測之間的空間相關(guān)系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差之比以及模擬相對于觀測場的中心化均方根誤差。在定量上，21個(gè)模式模擬與觀測場的空間相關(guān)系數(shù)為 0.47～0.89，均通過了95%的顯著性檢驗(yàn)；模擬與觀測場的標(biāo)準(zhǔn)差比值在各模式間有較大差異，大于1的模式分布相對稀疏，而小于1的模式則較為密集；同時(shí)，大多數(shù)模式的標(biāo)準(zhǔn)化后的中心化均方根誤差大多集中在小于0.75的范圍之內(nèi)（圖1）。由此可知，大部分模式對中國年平均降水氣候態(tài)分布具有較好的模擬能力，少數(shù)模式的模擬效果則要差一些。為此，除了關(guān)注所有21個(gè)模式的等權(quán)重集合平均（下文簡稱MME-21）外，我們也同時(shí)分析了擇優(yōu)選取的 10個(gè)較優(yōu)模式的集合平均結(jié)果（下文簡稱 MME-10），其中擇優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)是模擬與觀測場的標(biāo)準(zhǔn)差比值位于 0.8～1.2區(qū)間，標(biāo)準(zhǔn)化后的中心化均方根誤差小于0.75。較于單個(gè)模式，MME-21和MME-10在評估時(shí)段與觀測場之間具有更好的一致性，其中后者表現(xiàn)更優(yōu)（圖1）。

圖1 1986～2005年21個(gè)模式及其集合平均模擬的中國區(qū)域年平均降水與觀測的空間泰勒圖（Taylor，2001），圖中序號對應(yīng)表1中的模式序號，REF點(diǎn)表示觀測。其中，數(shù)字到原點(diǎn)的距離表示模擬與觀測場之間的標(biāo)準(zhǔn)差之比，數(shù)字對應(yīng)的方位角位置表示模擬與觀測場之間的空間相關(guān)系數(shù)，數(shù)字到REF點(diǎn)的距離表示經(jīng)觀測場標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化之后的中心化均方根誤差Fig. 1 Taylor diagram (Taylor, 2001)for displaying a spatial statistical comparison between 21 models and their ensemble means and observations for the annual mean precipitation in China during 1986–2005, in which the numbers in graph correspond to the numbers of models in Table 1. The point of “REF” indicates the observations of annual mean precipitation in China, the distance between number and origin of coordinates denotes the ratio of the standard deviations from observation and model, the azimuth angle indicates spatial correlation coefficient between observation and model, the distance between number and REF denotes centralized root-mean-square error after normalization

根據(jù) 1986～2005年觀測資料的計(jì)算表明，干旱區(qū)占中國陸地總面積的16.9%，濕潤區(qū)占26.4%，半干旱區(qū)占21.6%，半濕潤區(qū)占35.1%。其中，干旱區(qū)主要分布在西北地區(qū)，濕潤區(qū)主要位于長江中下游和東南沿海，半濕潤和半干旱區(qū)在空間上呈東北—西南向分布，主要包括東北、華北、黃河流域、云南北部以及青藏高原地區(qū)（圖2）。需要指出的是，以上分布型與以往中國干濕氣候區(qū)劃格局相仿，特別是干旱和濕潤區(qū)吻合較好；差別主要是半干旱和半濕潤區(qū)的邊界位置有所不同以及西北干旱區(qū)的干旱等級相對較低（周曉東等, 2002；馬柱國和符淙斌, 2005；申雙和等, 2009），這很可能是源于潛在蒸散發(fā)的算法不同所致，因?yàn)樵缙诠ぷ魍ǔＶ豢紤]降水和溫度而忽略風(fēng)速和水汽壓等因子的作用，本文所用的彭曼-蒙特斯公式則包含了更多氣象因子作用，并被證明在干旱和濕潤區(qū)都與實(shí)測參考作物蒸散量具有更好的一致性（Jensen et al., 1990）。在大尺度上，MME-10合理地模擬出了中國干濕分布（圖2）；其中，對濕潤和干旱區(qū)的模擬效果要好于半干旱和半濕潤區(qū)；由于模式在青藏高原東部地區(qū)模擬的降水普遍偏多，造成了這一地區(qū)氣候異常偏濕，與觀測差異較大，模式對這一地區(qū)模擬降水偏多的原因可能是由于全球模式分辨率普遍不高所致（Yu et al., 2010；Gao et al., 2012）。另外，大多模式模擬的濕潤區(qū)和半濕潤區(qū)域面積偏大，干旱區(qū)面積偏小；模式集合結(jié)果總體上要優(yōu)于單個(gè)模式，MME-10優(yōu)于MME-21。

4 中國未來干濕變化

4.1 SPEI未來變化

RCP4.5情景下，21世紀(jì)中國區(qū)域年和季節(jié)平均SPEI總體上均呈減小趨勢（圖3），MME-10的減小幅度相比于MME-21要更大。在10年際尺度上，年和季節(jié)平均 SPEI均表現(xiàn)為下降趨勢，降幅在2050s左右達(dá)到最大，之后趨于緩和。從模式間的離散度來看，20世紀(jì)和21世紀(jì)末期模式間差異較大，21世紀(jì)中期則較?。▓D3右列），表明2050s前后的中國變干在模式間具有很高的一致性。在季節(jié)尺度上，春季變干最為明顯，相對應(yīng)的模式間離散度也最大，秋季和夏季次之，冬季則相對較小。這一暖季干旱化傾向與Wang（2005）和IPCC（2007）的早期工作一致，而冬季和春季干濕變化與以往研究所得的冷季變濕結(jié)論存在一定的差異，應(yīng)與所用的模式和方法不同有關(guān)。

由于中國特殊的地理位置，東西橫跨 60個(gè)經(jīng)度，南北從熱帶過渡到溫帶，加之青藏高原地形的存在，區(qū)域間氣候差異很大。為此，我們按照施曉暉和徐祥德（2006）標(biāo)準(zhǔn)將中國分區(qū)化，具體分區(qū)見圖2。圖4給出了1986～2100年中國及其7個(gè)子區(qū)域內(nèi)4個(gè)不同時(shí)段SPEI的季節(jié)循環(huán)變化。就中國區(qū)域平均而言，四季SPEI都有不同程度的減小，其中春季減幅最大，這與前文直接分析結(jié)果一致。在時(shí)空變化上，SPEI變化具有很強(qiáng)的地域性和季節(jié)性。在包括東北、華北、西北的北方地區(qū)，春季和夏季 SPEI減小最明顯，其中華北夏季的變干主要發(fā)生在 21世紀(jì)末期，其他地區(qū)的暖季變干則表現(xiàn)為逐漸變干的特點(diǎn)；而在江淮、華南、西南等南方地區(qū)，SPEI減小最明顯的季節(jié)主要是冬季和春季，其中江淮和西南地區(qū)除冷季明顯變干外，暖季干濕變化的波動特征也非常明顯；在各子區(qū)域中，以西北西部地區(qū)變干程度最強(qiáng)，從春季至秋季均呈現(xiàn)變干而且程度逐漸增強(qiáng)。

圖2 1986～2005年觀測和MME-10（10個(gè)較優(yōu)模式的集合平均結(jié)果）的干濕區(qū)分布，中國7個(gè)子區(qū)域范圍表示在左圖中Fig. 2 The geographical distribution of division of dry and wet regions in China during 1986–2005 from the observations and MME-10 (ensemble average of 10 optimal models), the seven subregions of China show in left-hand chart

圖3 1986～2100年中國區(qū)域年和季節(jié)平均SPEI（標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散發(fā)指數(shù)）的年際（左列）和10年際（右列）變化。左列圖中實(shí)線和虛線分別為MME-21和MME-10結(jié)果，陰影區(qū)代表模式結(jié)果范圍；右列箱狀圖中方框代表所有模式模擬SPEI的內(nèi)四分位距，上下叉號分別代表模式最大和最小值，空心點(diǎn)和叉號分別代表MME-21和MME-10結(jié)果Fig. 3 The annual (left)and decadal (right)changes of the annual and seasonal mean SPEI (Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)across the whole China during 1986–2100. The solid and dashed lines in left column figures represent results of MME-21(ensemble average of 21 equally-weighted models)and MME-10, and the shaded areas are the range of simulations; the box and cross in right column figures represent the inner quartile and the range(maximum and minimum values)of the set of models; the soft dots and cross represent MME-21 and MME-10, respectively; others are the same as Fig. 1

由以上分析，SPEI顯示未來中國區(qū)域有明顯的變干趨勢，但區(qū)域間在變干的時(shí)間和季節(jié)上并不相同。當(dāng)具體到某一地區(qū)的變干程度時(shí)，我們需要把干旱定量化。這里我們把干旱分為兩類：一類是短期干旱，即當(dāng)SPEI值連續(xù)4～6個(gè)月小于－0.5時(shí)記為發(fā)生一次短期干旱；一類是長期干旱，即SPEI值至少連續(xù)12個(gè)月小于－0.5時(shí)記為發(fā)生一次長期干旱。相對于 1986～2005年參考時(shí)段，短期干旱發(fā)生次數(shù)在中國許多地區(qū)都明顯增加（圖5），增加次數(shù)較多的地區(qū)主要位于華北東北部、內(nèi)蒙古、新疆中南部、青藏高原和華南，其中華北東北部在2016～2035年短期干旱的發(fā)生次數(shù)就已經(jīng)增加了5次。到 21世紀(jì)中期和末期，短期干旱發(fā)生次數(shù)的增幅變大，增加最明顯的地區(qū)位于內(nèi)蒙古中部和新疆南部。相對于許多地區(qū)短期干旱發(fā)生次數(shù)的大幅增加，短期干旱減少的地區(qū)和幅度都較小，減少的地區(qū)主要有東北西部、江淮和西南。不同于短期干旱，未來長期干旱的變化幅度較小，2016～2100年長期干旱發(fā)生次數(shù)增加最明顯的地區(qū)主要位于新疆中南部，到 21世紀(jì)末長期干旱發(fā)生次數(shù)約增加了2次，其他如東北南部、華南、長江中游地區(qū)的長期干旱也有增加趨勢，但變化幅度較小。

圖3 （續(xù)）Fig. 3 (Continued)

考慮到模式間離散度較大，同時(shí)中國各區(qū)域之間也存在較大的差異，我們進(jìn)一步利用內(nèi)四分位距考察了不同區(qū)域兩類干旱發(fā)生次數(shù)的變化特征。相對于 1986～2005年參考時(shí)段，不管是短期干旱還是長期干旱，中國及其子區(qū)域干旱發(fā)生次數(shù)均表現(xiàn)為增加（圖6）。在短期干旱方面，西北東部和華南的增加最明顯，與之相伴的模式間離散度較大并在2081～2100年達(dá)到最大；在東北和西南地區(qū)，短期干旱發(fā)生次數(shù)的變化最不明顯。對于長期干旱而言，以西北西部和華南的增加最為明顯，對應(yīng)的模式間離散度在 2081～2100年達(dá)到最大。另外需要說明的是，相對于2016～2035年和2046～2065年，2081～2100年各區(qū)域的干濕變化在模式間的離散度加大，表明隨著全球變暖加劇模式模擬的干濕變化差異性在加大。

4.2 土壤濕度未來變化

圖4 1986～2100年4個(gè)時(shí)段1986～2005年（紅色）、2016～2035年（橙色）、2046～2065年（綠色）、2081～2100年（藍(lán)色）中國及其子區(qū)域SPEI月變化，箱狀圖中方框代表模式的內(nèi)四分位距，上下端點(diǎn)分別代表最大和最小值，大小實(shí)心點(diǎn)分別代表MME-21和MME-10結(jié)果Fig. 4 Mean seasonal cycle of SPEI for the whole China and its subdomains for the four periods including 1986–2005 (red), 2016–2035 (orange), 2046–2065(green), and 2081–2100 (blue); the box and dendritic symbol represent the inner quartile and the range (maximum and minimum values)of the set of models;the large and small solid dots represent MME-21 and MME-10, respectively

圖5 相對于1986～2005年參考時(shí)段，MME-10模擬的2016～2035年、2046～2065年和2081～2100年短期干旱（SPEI連續(xù)4～6個(gè)月小于－0.5）發(fā)生次數(shù)變化Fig. 5 The MME-10 simulated geographical distribution of the differences for the short-term drought frequency during 2016–2035, 2046–2065, and 2081–2100 with respect to 1986–2005

除了上述 SPEI外，文中也同時(shí)分析了土壤濕度變化，以期增加中國干濕變化預(yù)估的可靠性。總的來說，模式模擬的中國區(qū)域平均的土壤濕度及其離散度在各月間變化較小，暖季較冷季稍大一些；在區(qū)域尺度上，東北、華北、西北西部和西北東部月平均土壤濕度少變，但仍能看出東北和華北地區(qū)春季的土壤濕度最小，而江淮、華南和西南地區(qū)則表現(xiàn)出一定的季節(jié)性，其中華南和西南地區(qū)土壤濕度最大值出現(xiàn)在夏季（圖7）。這與以往根據(jù)有限土壤觀測資料所得的研究結(jié)果在定性上有一致性，但也存在著差別，例如模式模擬的西北土壤濕度最大值出現(xiàn)在 5～6月份，而站點(diǎn)觀測資料中則出現(xiàn)在冬季（張曉影，2009）。

圖6 1986～2005年（紅色）、2016～2035年（橙色）、2046～2065年（綠色）、2081～2100年（藍(lán)色）中國及其子區(qū)域短期干旱（左，SPEI連續(xù)4～6個(gè)月小于－0.5）和長期干旱（右，SPEI連續(xù)至少12個(gè)月小于－0.5）發(fā)生次數(shù)，其他說明如圖4Fig. 6 The frequencies of short- and long-term droughts during 1986–2005 (red), 2016–2035 (orange), 2041–2060 (green), 2081–2100 (blue)for the whole China and its subdomains, others are the same as Fig. 4

盡管氣候模式之間因?yàn)殛懨婺Ｊ郊捌渫寥郎疃群头謱拥确矫娴牟煌瑢?dǎo)致了標(biāo)準(zhǔn)化后的模式土壤濕度差異較大，但仍不難看出在RCP4.5情景下中國區(qū)域土壤濕度發(fā)生了明顯變化。就整體而言，未來中國土壤濕度減小，特別是在夏季。針對7個(gè)子區(qū)域來說，土壤濕度未來變化分為兩類：一類是不明顯的增加，一類則是顯著的下降。土壤濕度增加的地區(qū)主要位于華北和江淮，且主要發(fā)生在春季；土壤濕度明顯減小的區(qū)域主要包括西北、東北、西南和華南，土壤濕度季節(jié)性減小最明顯的區(qū)域是華南，主要以冬季和春季減少為主。

通過與前文所述的 SPEI變化相比較，可以發(fā)現(xiàn)在華南和西北地區(qū)土壤濕度和 SPEI均為減小趨勢，因此這些地區(qū)未來變干具有較高的可信度；而在東北和西南地區(qū)，土壤濕度和 SPEI變化反向，未來干濕變化的不確定性較大；其他如江淮和華北地區(qū)，土壤濕度和 SPEI變化的季節(jié)性特征則比較明顯。其中，造成東北和西南地區(qū)土壤濕度和SPEI之間反向變化的原因可能有三個(gè)：一是模式間陸面過程差異所引起，二是因?yàn)闁|北和西南地區(qū)內(nèi)部的干濕空間變率較大，三是增溫使冬季和春季的積雪融化，從而帶來了更多的地表水分，而模式對此的模擬能力有別。

4.3 干旱風(fēng)險(xiǎn)評估及其影響

圖7 同圖4，但為土壤濕度Fig. 7 Same as Fig. 4, but forsoil moisture

提前對未來可能發(fā)生的各種極端事件制定適應(yīng)對策，能夠在一定程度上降低極端事件造成的影響和損失，減小各種災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。通常極端事件變化是和氣象指標(biāo)均值的變化相聯(lián)系，即均值發(fā)生顯著性變化往往對應(yīng)著某一類極端事件發(fā)生頻率的增加或減少，因此對氣象指標(biāo)均值變化進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，可以作為某一類極端氣候事件變化的信號。圖8給出了RCP4.5情景下中國及其7個(gè)子區(qū)域年平均SPEI和土壤濕度變化相對于1986～2005年均值出現(xiàn)顯著性差異的 T檢驗(yàn)結(jié)果，顯示許多地區(qū)SPEI和土壤濕度均值出現(xiàn)顯著性差異的時(shí)間具有較好的一致性。就地區(qū)而言，西北和西南出現(xiàn)的時(shí)間較早，而江淮和華南則相對較晚；在東北、江淮和華南地區(qū)，二者的檢驗(yàn)結(jié)果差異較大。這說明未來干旱化在西北地區(qū)發(fā)生較早，華南干旱化發(fā)生的時(shí)間較晚，而東北和西南地區(qū)未來的干濕變化則具有較大的不確定性，且對應(yīng)著相反的氣候極端化趨向。

圖8 RCP4.5情景下MME-10模擬的中國及其子區(qū)域年平均SPEI（左）和土壤濕度（右）相對于1986～2005時(shí)段的均值差異顯著性檢驗(yàn)（空心圈、叉號、方框、三角分別代表95%、98%、99%、99.9%顯著性水平，圖中四種標(biāo)記對應(yīng)的年份代表20年的中間年份）Fig. 8 Years of statistically significant changes in annual mean SPEI (left)and soil moisture (right)between the period of 1986–2005 and the RCP4.5 future scenarios from MME-10 for the whole China and its subdomains, in which hollow circle, cross, box, and hollow triangle denote the 95%, 98%, 99%, 99.9%confidence levels, respectively, the corresponding years are the middle years of 20-year period

根據(jù) RCP4.5情景下 SPEI和土壤濕度預(yù)估結(jié)果，中國區(qū)域未來在整體上有變干傾向。短期和長期干旱都有所增加，特別是短期干旱，當(dāng)干旱事件逐漸增加，區(qū)域的干濕氣候?qū)傩砸矊㈦S之發(fā)生變化。如圖9所示，相對于1986～2005年參考時(shí)段的平均態(tài)，RCP4.5情景下未來中國濕潤、半濕潤和半干旱區(qū)面積發(fā)生了明顯變化。2016～2035年，大多數(shù)模式模擬的濕潤區(qū)和極端干旱區(qū)面積減小，半濕潤和半干旱區(qū)面積增加。2046～2065年，干濕氣候區(qū)面積變化與前一時(shí)段的類似，濕潤區(qū)和極端干旱區(qū)面積減少，半濕潤和半干旱區(qū)面積增加，但變化幅度明顯要大于前一時(shí)期。2081～2100年，干濕氣候區(qū)面積變化不明顯，模式之間差異性較大，多模式集合平均仍表現(xiàn)為濕潤區(qū)面積減小，半干旱區(qū)面積增加，但與 21世紀(jì)早期和中期時(shí)段相比，這一時(shí)期干濕區(qū)面積變化的不確定性明顯加大。就MME-21和MME-10而言，2016～2100年中國濕潤區(qū)面積比 1986～2005年減少了 1.5%～3.5%，2016～2065年這部分面積主要轉(zhuǎn)變成了半濕潤區(qū)，而到 2081～2100年則主要變成了半干旱區(qū)。這與以往區(qū)域氣候模式及陸面模式的預(yù)估結(jié)果相似（李明星和馬柱國，2012；Shi et al.，2012），但也存在較大差異，如 21世紀(jì)末期全球模式預(yù)估的干濕變化趨勢的不確定性明顯增加。

5 結(jié)論和討論

圖9 相對于1986～2005年參考時(shí)段，2016～2035年、2046～2065年和2081～2100年干濕氣候區(qū)面積的百分比變化，右側(cè)序號對應(yīng)于表1所列模式Fig. 9 The changge in the dry- and wet-region areas (units: %)during 2016–2035, 2041–2060, and 2081–2100 relative to 1986–2005, others are the same as Fig. 1

本文利用21個(gè)CMIP5模式結(jié)果，在模式驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，采用干旱指數(shù)和土壤濕度預(yù)估研究了RCP4.5情景下中國未來干濕變化。主要結(jié)論有：（1）相對于1986～2005年參考時(shí)段，21世紀(jì)中國區(qū)域平均的 SPEI減小，對應(yīng)干旱化趨勢，四季中以春季變干最為明顯。在空間上，西北和華南變干最強(qiáng)，東北和西南則表現(xiàn)為弱的變濕。在季節(jié)上，東北、華北和西北的變干主要發(fā)生在暖季，而華南和西南則為明顯的冷季變干。在干旱發(fā)生次數(shù)上，短期和長期干旱未來都有增加，前者增加較多的地區(qū)主要位于內(nèi)蒙古、新疆中南部、青藏高原、東南和華南地區(qū)，而后者未來變幅相對較小，且變化主要集中在新疆中南部。（2）在西北和華南地區(qū)，土壤濕度和 SPEI未來都有明顯減小，變干趨勢一致；而在東北和西南地區(qū)兩者變化反向，表明未來干濕變化有較大的不確定性。（3）在定量上，21世紀(jì)中國濕潤和半濕潤區(qū)面積減小，半干旱區(qū)面積增加。其中面積減小最明顯的是濕潤區(qū)，2016～2100年中國有1.5%～3.5%的國土面積將從濕潤區(qū)轉(zhuǎn)變成半濕潤或者半干旱區(qū)。

最后需要說明的是，以往的干濕氣候變化預(yù)估結(jié)果在東北亞地區(qū)的一致性較差，而東南亞地區(qū)未來的變干趨勢在許多模式中均得到了體現(xiàn)，后者可能是由于降水和潛在蒸散發(fā)變化所引起的地表可用水量減少所致（Wang，2005；Sheffield and Wood，2008；翟建青等，2009；許崇海等，2010；Dai，2012）。在定性上，本文所得的中國干濕變化預(yù)估結(jié)果與之前的相關(guān)研究有一致性但也存有差別。例如，SPEI和土壤濕度表明西北和華北變干，而以往研究則指出未來這些地區(qū)有濕潤化傾向（許崇海等，2010；Dai，2012）。未來，還有待于采用更多的全球氣候模式、具有更好模擬能力的區(qū)域氣候模式、優(yōu)選的排放情景以及干旱指標(biāo)進(jìn)行集中分析，以期更加合理地預(yù)估全球變暖背景下中國干濕變化，為適應(yīng)和應(yīng)對氣候變化提供參考。

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