編者導讀
佔全球陸地面積41%的乾旱區是生態系統和水資源系統最脆弱的地區之一，也是對氣候變化響應最敏感的地區，養育著世界38%的人口，其中90%的人口位於發展中國家。在全球氣候變暖的大背景下，乾旱區會變得溼潤還是更加乾旱，是當今科學界討論的一個熱點問題。
中國科學院新疆生態與地理研究所陳亞寧研究員團隊，利用乾旱指數分析了過去60多年（1948-2008）全球乾旱區的時空變化特徵。本版特約研究者撰文介紹相關的科學問題。
乾旱區的界定、類型和範圍
依據1948年-2008年的多年平均降水量和潛在蒸散發，確定的全球乾旱區及其不同乾旱類型（極端乾旱區、乾旱區、半乾旱區、半溼潤半乾旱區）的分布。
深紅色為極端乾旱區（A<0.05），紅色為乾旱區（0.05≤A＜0.2），黃色為半乾旱區（0.2≤A＜0.5），橙色為半溼潤半乾旱區（0.5≤A＜0.65）。
根據聯合國環境規劃署的劃分標準，將年降水量與年潛在蒸發量的比值 A 在 0-0.65之間的區域定義為乾旱區，並分為4種類型: A＜0.05為極端乾旱區，0.05≤A＜0.2為乾旱區，0.2≤A＜0.5為半乾旱區，0.5≤A＜0.65為半溼潤半乾旱區。主要的極端乾旱區出現在沙漠上，如阿拉伯半島東部的魯卜哈利沙漠、撒哈拉沙漠和塔克拉瑪幹沙漠。乾旱區主要分布在中亞和澳大利亞，半乾旱區位於乾旱區外圍，而半溼潤半乾旱地區位於半乾旱地區的外圍。半乾旱地區佔比最大，佔全球陸地面積的15%。其他乾旱類型（極端乾旱區、乾旱區、半溼潤半乾旱區）分別佔7.5%、13.0%和6.2%。
依據1961-1990年之間的年降水量與年潛在蒸發量的比值A計算，中國的乾旱面積約為5.62×10^6平方公裡，其中極端乾旱區、乾旱區、半乾旱區和半溼潤半乾旱區的面積分別為1.06×10^6平方公裡、1.42×10^6平方公裡、2.14×10^6平方公裡和1.00×10^6平方公裡。佔比最大的半乾旱區呈東北-西南向的帶狀分布，覆蓋了大部分內蒙古、河北北部、陝北北部、寧夏、甘肅中部、青海和西藏的大部分地區。極端乾旱區主要分布在南疆的準噶爾盆地以及甘肅、青海、西藏等部分地區。乾旱區主要分布於極端乾旱區的外圍。此外，半溼潤半乾旱區僅分布在半乾旱區南緣的狹長地帶。
中國乾旱區的乾濕變化
中國乾旱區邊界從1948年-1962年（綠色）到1994年-2008年（紅色）的變化。
大量的事實揭示，我國北方地區乾旱化正在加劇。吉林省草原面積每年呈2.8%遞減，草原重度退化的面積佔整個草原面積的47.5%，在內蒙古東部，近10年沙漠化令科爾沁沙地以每年2.4%的速度擴展，北方主要農業區不同程度的乾旱面積均有擴大的趨勢。以上特徵都是我國北方區域乾旱化的具體表現。
在1948-2008年期間，中國的乾旱區面積以每10年0.12×10^6平方公裡的速度增大。其中，半乾旱地區擴張最快，擴張速度為每10年0.111×10^6平方公裡，比乾旱和半乾旱半溼潤地區快10倍左右(分別為每10年0.013×10^6平方公裡和每10年0.017×10^6平方公裡)。而極端乾旱區則略有萎縮，變化率為每10年0.002×10^6平方公裡。
對比1948-1962年和1994-2008年乾旱區邊界，我們發現乾旱區的擴張主要發生在東北地區和黃河中下遊地區。東北地區的乾旱區東擴幅度較大約為2°，尤其是內蒙古西北部增多的乾旱區面積幾乎相當於整個遼寧省。此外，在黃河中下遊，乾旱區向南擴展了約1°。西南地區的乾旱區的邊界較為平穩，沒有太大變化。
伴隨著乾旱面積的變化，不同乾旱類型之間也發生著相互轉化。不同乾旱類型的轉化既可能朝向變幹的方向也可能朝向變溼的方向。調查發現，半乾旱區是面積增加最多的類型，由半溼潤半乾旱轉化為半乾旱的面積為0.638×10^6平方公裡，而由半乾旱轉化為半溼潤半乾旱的面積僅為0.021×10^6平方公裡。除此之外，溼潤區也有0.606×10^6平方公裡的面積變得更加乾旱，轉化為半溼潤半乾旱區。
從乾旱類型的轉化來看，在過去的60年間，中國有1.377×10^6平方公裡國土變得更加乾旱，有0.274×10^6平方公裡的國土變得更加溼潤。變得更加乾旱的區域主要集中在黑龍江和吉林的西部、內蒙古的東部以及大部分河北、山西和陝西地區。變得更加溼潤的區域主要零星分布於塔裡木盆地的西北邊緣、準噶爾盆地和西藏的中部。
顯著乾旱的地區分布在西北的東部和整個華北地區, 東北的東南部也是乾旱化顯著的地區。這些地區乾旱化趨勢的產生與降水的持續減少密切相關, 河北地區的降水甚至以每10年40毫米速度減小。同時，近30年氣溫的持續上升是這些地區乾旱化加劇且範圍擴大的另一個重要原因。與北方其他地區的變化趨勢相反, 西北西部當前正處在一個相對溼的時段, 但是由於該地區的降水的基數太小，因此增加的降水並不能緩解該地的乾旱，再加上溫度的升高也進一步削弱了這種變溼趨勢。
值得一提的是，西北東部、華北在20世紀70年代末期發生明顯的由溼向幹的年代際轉折性變化, 兩個地區的乾旱化均持續至今, 時間接近30年, 這個轉折性變化應與1977/1978年的全球大尺度氣候背景有關。與上述兩個地區不同，東北地區在近半個世紀卻存在3個乾濕變化的轉折點, 最近一次的轉折點發生在 20 世紀 90年代中期（由溼潤轉向乾旱），目前這個地區仍處於乾旱時段，另兩個轉折點分別是1965年和1983年。這說明除溫度升高加劇了乾旱化趨勢外，東北地區還受到不同於前述兩個地區的大尺度的氣候背景的影響。
全球乾旱區的乾濕變化
1948年-2008年乾旱指數A的變化趨勢。紅色表示乾旱指數A變小，也即是更加乾旱；藍色表示乾旱指數A變大，也即是變得更加溼潤。
在關於全球變暖的影響裡經常會看到「溼者更溼、幹者更幹」的說法。該理論認為隨著全球變暖，總的降水量雖然會增加，但原來降水多的地方降水會更多，原來乾旱的地方會變得更乾旱。總體上看，在過去的60年，全球乾旱區面積以每10年0.512×10^6 平方公裡的速度增大。但是不同空間尺度乾濕變化的傾向明顯不同，在半球尺度, 東半球為變幹趨勢，而西半球反之，為變溼趨勢；在大陸尺度上, 尤其是非洲大陸和歐亞大陸, 乾旱化趨勢非常顯著, 在歐亞大陸的俄羅斯遠東、中國華北和東北地區都是乾旱化顯著的地區。增暖對全球乾濕變化有重要影響, 除北美大陸外, 其餘大陸在增暖的作用下其乾旱化的強度都有大約1-5個百分點的加強，降水也因增暖而變溼趨勢減弱或消失。全球5個大陸除北美大陸外均為變幹趨勢, 而北美大陸為變溼趨勢。
近半個世紀，北美變溼傾向、非洲大陸和歐亞大陸的乾旱化趨勢都具有明顯的轉折性特徵，表現在平均值和距平值的轉折變化。在距平變化上，三個地區其轉折點均位於上世紀70年代中後期，這包括氣溫、降水和表徵乾濕變化的乾燥指數, 非洲大陸由溼轉為幹的時間為1979年, 亞洲地區的乾旱起始於1975年, 在北美大陸, 由幹轉為溼的時間發生在1976年，這種年代際的轉折性變化普遍存在於全球許多地區。
大量的研究指出，大氣環流和海溫變化對全球和地區氣候起著重要的影響。例如在我國的華北，近半個世紀的乾濕變化與北太平洋年代際振蕩(PDO)有非常一致的對應關係，PDO的冷位相對應華北低溫、多雨和溼潤時段，暖位相對應溫暖、少雨和乾旱時段。華北的持續乾旱也與東亞季風減弱所引起的水汽輸送量減少有著密切的關係。
乾旱區未來變化預測
利用氣候模式數據，科學家預測了高排放情境下的乾旱區面積變化。研究表明，在高排放情景下，相較於1961-1990年，乾旱區面積在本世紀末將會增大23%。屆時乾旱區面積將佔到地球陸地的56%，其中78%的乾旱面積擴張主要發生在發展中國家。研究還表明，乾旱區的增溫趨勢顯著高於溼潤區，氣候變暖、乾旱加劇和人口增長的共同作用將增大發展中國家發生荒漠化的風險。
作者 陳亞寧
編輯 王鴻良
監製 黃玉迎 侯莎莎
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流程編輯 TF003