全球干旱／半干旱區年代尺度干濕變化研究的進(jìn)展及思考

符淙斌 馬柱國

摘要 干旱／半干旱區氣候變化研究一直是廣泛關(guān)注的前沿科學(xué)問(wèn)題，尤其是氣候干濕變化規律及未來(lái)的發(fā)展趨勢。過(guò)去大量的研究揭示了全球不同干旱／半干旱區的干濕變化事實(shí)和機理，取得了一系列重要進(jìn)展，IPCC第6次評估報告明確指出未來(lái)全球干旱化將加劇，但也存在諸多問(wèn)題沒(méi)有得到一致的認識。本文將對全球變暖背景下有關(guān)干旱／半干旱區年代尺度干濕變化，特別是年代尺度干旱研究進(jìn)行梳理，系統評述當前相關(guān)研究的現狀并提出干旱／半干旱區研究所面臨的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞干旱／半干旱區;年代尺度干濕變化;人類(lèi)活動(dòng)影響

占全球陸地面積40％以上的干旱半／干旱區養育著(zhù)世界上38％的人口，是降水變率最大的地區，也是生態(tài)系統和水資源系統最脆弱的地區之一（Narisma et al.，2007;Schlaepfer et al.，2017）。過(guò)去100多年，全球的降水突變事件多發(fā)生在干旱／半干旱區，由此引起的土地沙漠化、水資源短缺和生態(tài)系統退化已嚴重地威脅著(zhù)人類(lèi)的生存環(huán)境。據統計，大約10％～20％干旱／半干旱地區的土地發(fā)生了嚴重退化（Reynolds et al.，2007）。IPCC第6次報告已經(jīng)明確給出了全球增暖背景下干旱將加劇的結論（Douville et al.，2021;Ranasinghe et al.，2021）。20世紀60年代以后，北非持續干旱導致這個(gè)地區出現大范圍的饑荒，100多萬(wàn)人被餓死，40％～50％的牲畜死亡，數以千萬(wàn)計的人淪為難民（Nicholson et al.，1998），1.5～1.85億人受到饑餓的威脅，聯(lián)合國稱(chēng)之為“非洲近代史上最大的人類(lèi)災難”，而且這種形勢有可能繼續加?。∟icholson，2000，2001;Nicholson and Grist，2001;Shanahan et al.，2009;Dai，2011）。我國北方半干旱區持續30 a的干旱化引起的環(huán)境惡化及水資源短缺已嚴重制約了區域的可持續發(fā)展，是氣候變化影響的重災區（符淙斌和安芷生，2002;馬柱國等，2003;馬柱國和邵麗娟，2006;符淙斌和馬柱國，2008）。據不完全統計，20世紀90年代以來(lái)中國每年因干旱造成的直接經(jīng)濟損失高達1 000億元以上（符淙斌和安芷生，2002）。針對干旱／半干旱地區所面臨的嚴峻生存環(huán)境問(wèn)題，聯(lián)合國早在1992年就發(fā)布了應對沙漠化的國際公約CCD（the Convention to Combat Desertification），并把2006年定為國際沙漠和沙漠化年，相應開(kāi)展了一系列干旱／半干旱區的發(fā)展范例DDP（Drylands Development Paradigm），旨在幫助人們應對因干旱所造成的環(huán)境危機（Reynolds et al.，2007）。占有國土面積42％的中國干旱／半干旱區，集中了全國95％的貧困人口，在我國糧食生產(chǎn)中卻占有重要位置，其氣候和生態(tài)問(wèn)題一直是政府和科學(xué)工作者長(cháng)期關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。

基于以上分析，本文將重點(diǎn)對全球干旱／半干旱區氣候干濕年代尺度長(cháng)期變化研究進(jìn)行梳理，目的是系統的總結和評述干旱／半干旱區年代尺度干濕變化研究的重要進(jìn)展，并進(jìn)一步探討當前相關(guān)研究所存在的問(wèn)題和未來(lái)研究方向。

1 干旱／半干旱區年代尺度干濕變化的事實(shí)

20世紀80年代以來(lái)，有關(guān)干旱／半干旱區年代尺度氣候變化的事實(shí)研究引起了國內外學(xué)者的極大關(guān)注，并開(kāi)展了大量富有成效的研究（Delworth and Manabe 1993;符淙斌和黃燕，1996;王紹武和朱錦紅，1999;李崇銀等，2002;黃榮輝等，2006;馬柱國和符淙斌，2006，2007;Fu et al.，2008;Sheffield et al.，2012;Trenberth et al.，2014;Feng and Zhang，2015;Huang et al.，2016;Milly and Dunne，2016;Greve et al.2014，2019;Berg and McColl，2021;McKinnon et al.，2021），這些研究主要著(zhù)眼于干旱／半干旱區的年代際尺度干濕變化，包括年代際周期變化和長(cháng)期趨勢。已有的研究發(fā)現，在全球一致增暖的背景下，干濕變化卻存在著(zhù)顯著(zhù)的區域差異，大陸尺度的干濕變化各不相同：非洲20世紀持續30多年的干旱化和北美半干旱區的顯著(zhù)變濕趨勢等都是這種區域差異的主要表現（馬柱國等，2006，2007；
符淙斌和馬柱國，2008）。在中國，北方氣候呈現“西濕東干”的蹺蹺板特征，即東部降水減小而西北西部降水呈增加趨勢，形成了明顯的區域差異。

關(guān)于全球尺度干濕變化的長(cháng)期趨勢，盡管已開(kāi)展了大量的研究，但就干濕變化趨勢的研究仍然存在兩種截然不同的觀(guān)點(diǎn)，一是認為在全球增暖背景下，全球干旱／半干旱區的干旱將加劇，體現在全球干旱半干旱區在擴張，干旱強度在加強，干的地方更干，濕的地方更濕（dry gets drier，and wet gets wetter，簡(jiǎn)稱(chēng)DDWW;Held and Soden，2006;Chou et al.，2009;Feng and Fu，2015），而另一種觀(guān)點(diǎn)卻認為全球增暖背景下，干濕過(guò)程并沒(méi)有明顯的變化趨勢，干旱過(guò)程并未加強（Greve et al.，2014，2019;Milly and Dunne，2016;Berg and McColl，2021）。前者認為，在全球增暖背景下，全球和區域尺度上干旱／半干旱區的干旱在加劇，如Dai et al.（2004）的研究認為增暖使得1950—2002年全球干旱的面積擴大了1倍;符淙斌和安芷生（2002）最早指出，干旱化表現最為劇烈的地區是半干旱區，而不是干旱區的腹地。馬柱國和符淙斌（2005）進(jìn)一步從觀(guān)測資料中發(fā)現，從1951—2000年中國半干旱區向東南方向擴展了100～300 km，且半干旱區的干旱化趨勢最為強烈（馬柱國和符淙斌，2001;Ma and Fu，2006），進(jìn)一步的研究也相繼揭示了全球和區域尺度干旱／半干旱區擴張的特征（李明星馬住國，2012;Feng and Fu，2013;Huang et al.，2016;Li et al.，2020）。IPCC第6次報告明確指出，伴隨著(zhù)全球變暖，未來(lái)全球干旱化將加?。―ouville et al.，2021），且存在著(zhù)明顯的區域差異（Ranasinghe et al.，2021）。然而，一些研究卻有不同的觀(guān)點(diǎn)，如Greve et al.（2014，2019）和Greve and Seneviratne（2015）認為，DDWW的觀(guān)點(diǎn)主要來(lái)自海洋數據的分析和假設（Held and Soden，2006;Durack et al.，2012），但在陸地上此結論并不適用。他們的結果指出，全球陸地僅有10.8％的旱區（指干旱區和半干旱區的總和）與之吻合，9.5％陸地區域與DDWW相反。分析圖1發(fā)現很難從降水（P）、潛在蒸散發(fā)（PET）和干旱指數（SWI=P／PET）趨勢上看出DDWW的存在。建立在基本的物理原理基礎上并考慮到有效能量、濕度和風(fēng)速變化的研究發(fā)現，1951—2010年全球的干旱幾乎沒(méi)有變化（Sheffield et al.，2012）;Milly and Dunne（2016）利用氣候模式產(chǎn)品分析認為，全球歷史和未來(lái)干旱趨勢的強度沒(méi)有以前研究所指出的那么強，且范圍也沒(méi)有那么廣（Dai et al.，2011;Cook et al.，2014;Fu and Feng，2014;McCabe and Wolock，2015），其原因是以前的工作過(guò)高地估計了潛在蒸散發(fā)（Potential EvapoTranspiration，PET）的作用。實(shí)際上，無(wú)論是支持或者反對干旱加強的觀(guān)點(diǎn)，其本質(zhì)還局限在氣候干濕變化的范疇。那么到底在全球增暖背景下，全球的干旱是否呈增強趨勢還需要從水文的收支平衡的角度進(jìn)行綜合分析。

一個(gè)值得注意的事實(shí)是，在某些干旱／半干旱區，氣候干濕的長(cháng)期變化并非單一的線(xiàn)性趨勢，如20世紀50年代開(kāi)始的北非干旱化，持續時(shí)間達35 a以上，但在20世紀80年代中期轉為降水增加趨勢，發(fā)生了顯著(zhù)的轉折性變化（Giannini et al.，2003），對應這個(gè)地區的植被覆蓋狀況也趨于好轉（Hickler et al.，2005）。與此類(lèi)似，在中國的北方地區，2000年以后同樣發(fā)生了明顯的干濕轉折性變化。研究發(fā)現，2000年以后，中國北方過(guò)去的“西濕東干”轉換為“東濕西干”的空間格局，即華北降水由減少轉為增加趨勢，而西北西部轉為減少趨勢（馬柱國等，2018）。同樣的轉折現象在其他區域也有發(fā)生（Ellis and Marston，2020）。這些現象說(shuō)明，增暖背景下降水的長(cháng)期變化應是年代際振蕩和長(cháng)期趨勢的疊加，未來(lái)這些轉折性變化的預測應該是研究氣候干濕長(cháng)期變化的重點(diǎn)。

2 干旱／半干區氣候干濕變化的機制研究

在干旱／半干旱區，生態(tài)系統和水資源對氣候變化，尤其是降水的變化極其敏感。因此，干旱／半干旱地區氣候變化研究的核心問(wèn)題是降水的異常變化，對其變化特征、形成機理進(jìn)行研究和對未來(lái)的預測一直是科學(xué)界和政府部門(mén)所關(guān)注的問(wèn)題。近年來(lái)，中國政府提出了“一帶一路”倡議，對其沿途的經(jīng)濟發(fā)展具有重要的現實(shí)意義。然而，“絲綢之路”沿途國家發(fā)展的主要制約因素是有限的水資源，這些國家大多數地處干旱／半干旱區，水資源短缺嚴重地影響了區域經(jīng)濟的發(fā)展。準確預測干濕變化的長(cháng)期趨勢是滿(mǎn)足這些重大需求的前提，而預測的基礎是厘清其形成的機制。

氣候干濕變化的主導因素有降水、氣溫、風(fēng)速等多個(gè)要素，是氣候變化過(guò)程的一個(gè)主要特征，其形成原因是氣候系統內部變率和包含人類(lèi)活動(dòng)影響的外部強迫，溫室氣體、土地利用／土地覆蓋、人類(lèi)用水等人類(lèi)活動(dòng)的介入使得干濕變化的形成過(guò)程變得尤為復雜。為了聚焦問(wèn)題，這里僅從氣候系統內部變率和對區域尺度氣候干濕變化有顯著(zhù)影響的土地利用／覆蓋變化兩個(gè)方面進(jìn)行評述。

2.1 大尺度土地利用／覆蓋變化對氣候干濕變化的影響

近100年來(lái)，人類(lèi)活動(dòng)已成為氣候變化的重要驅動(dòng)力。早在20世紀70年代，Charney et al.（1975）就提出了地表反照率和干旱之間的生物物理正反饋機制，這為開(kāi)展大尺度土地利用／覆蓋變化與氣候變化的相互作用研究奠定了基礎，也促進(jìn)了地表覆蓋變化影響氣候變化的理論發(fā)展（Sud and Fennessy，1982;Laval and Picon，1986;Xue and Shukla，1993;Zeng et al.，1999a;符淙斌和袁慧玲，2001;Wittig et al.，2007）。Charney et al.（1975）理論的核心是認為人類(lèi)活動(dòng)對地表覆蓋的改變引起了非洲的干旱，而干旱進(jìn)一步加劇了土地荒漠化和生態(tài)系統的退化，隨之又加強了干旱，形成了一個(gè)正反饋機制。因而，一些研究把20世紀北非Sahel地區的持續干旱歸結為人類(lèi)活動(dòng)對土地利用的改變（Zeng et al.，1999;Nicholson，2000;Zeng and Yoon，2009）。北美（Cook et al.，2009）和中國北方（符淙斌和袁慧玲，2001）地表過(guò)程變化在年代尺度干濕變化形成中起著(zhù)重要作用。Charney et al.（1975）理論的最大貢獻在于把由人類(lèi)活動(dòng)引起的土地利用／覆蓋變化與氣候變化聯(lián)系起來(lái)，然而，該理論及其隨后的一系列研究結果都是建立在理想實(shí)驗的基礎上，即模式的驅動(dòng)參數被過(guò)分夸大，與實(shí)際情況并不相符，當應用實(shí)際的地表覆蓋數據驅動(dòng)時(shí)，并不能產(chǎn)生上述結果（Taylor et al.，2002;Wang et al.，2004）。最近的一系列研究從模式模擬和觀(guān)測數據的分析兩個(gè)方面揭示了植被和大氣相互作用對干濕變化的影響。如Smith et al.（2023）的工作指出：赤道森林的砍伐能導致大尺度（>50 km）的降水減少，降水減少的最大值出現在200 km處;大尺度的植樹(shù)造林能夠使得局地蒸散發(fā)增加而引起有效水資源和流量的減少，但大氣水分再循環(huán)的增加彌補了這種不利影響。造林對降水的影響具有明顯的區域差異，有些地區減小，有些地方增加（Hoek van Dijke et al.，2022）;大規模的森林恢復或者植樹(shù)造林將增加全球降水（Tuninenburg et al.，2022）;Zhang et al.（2021）利用耦合了陸面模型的氣候模式模擬說(shuō)明，黃土高原的植被增加引起了降水的顯著(zhù)增加。然而，在干旱／半干旱區，植被恢復可能會(huì )導致有效水資源量的減少，加劇干旱／半干旱區水資源的供需矛盾（Sun et al.，2015;Lv et al.，2019;Hoek van Dijke et al.，2022）。

一般來(lái)講，土地利用／覆蓋變化對區域氣候變化的影響包括兩個(gè)方面：1）土地利用／覆蓋變化所引起的地表生態(tài)系統和大氣間能量、動(dòng)量和水分通量的改變，是地表的生物物理過(guò)程;2）土地利用／覆蓋變化改變了地表對碳的吸收，是地表的生物化學(xué)過(guò)程。但現有地球系統模式主要考慮地表的生物物理過(guò)程，地球生物化學(xué)過(guò)程考慮嚴重不足。同時(shí)，由于缺乏大范圍的陸地表面過(guò)程觀(guān)測數據，地表基本過(guò)程的特征還不甚清楚，陸面模式中關(guān)鍵參數的厘定存在著(zhù)很大的不確定性，模擬的結果缺乏驗證，無(wú)法量化其影響的大小。盡管存在上述問(wèn)題，但不可否認由土地利用／覆蓋變化引起的地表過(guò)程變化對干旱／半干旱地區年代尺度氣候變化的重要作用。近年來(lái)，全球陸面同化數據的建立、衛星遙感信息的應用和全球陸面實(shí)驗觀(guān)測協(xié)同網(wǎng)絡(luò )（CEOP，Coordinated Energy and Water Cycle Observation Project）為解決上述問(wèn)題提供了數據基礎，而高分辨率區域模式與全球氣候模式嵌套已成為研究土地利用／覆蓋變化和氣候變化相互作用機制的有效工具，這將是全球氣候變化研究的必然趨勢。

2.2 海溫對干濕長(cháng)期變化的影響

過(guò)去，關(guān)于海溫變化對干旱／半干旱區氣候變化影響的研究主要集中在北非、北美西部和東亞北部三個(gè)區域。過(guò)去30年，北非Sahel的干旱化是全球氣候變化研究的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。大量的研究表明，熱帶大西洋和熱帶印度洋的異常變暖對Sahel的干旱化起到?jīng)Q定性的作用（Bader and Latif，2003;Giannini et al.，2003;Hagos and Cook，2008）。Delworth and Manabe（1993）和Lu and Delworth（2005）則強調了全球海洋對北非干旱化的重要性。不同區域海洋影響北非氣候變化的時(shí)間尺度不同，太平洋通過(guò)ENSO過(guò)程影響了北非氣候的年際變化，而Sahel氣候的年代際特征與大西洋和印度洋的海溫變化有關(guān)（Giannini et al.，2003，2005）。北美的年代尺度干旱起因于太平洋和大西洋海溫的異常變化（Manabe et al.，2004;Pegion and Kumar，2010;Vizy and Cook，2010）;中國北方近期的干旱化與太平洋年代際振蕩（PDO）有關(guān)（Ma，2007）;其他一些研究也證明大西洋的多年代際振蕩（AMO）對美國西部及墨西哥的持續干旱有重要的影響;多模式集成的結果也指出全球海溫變化在近百年年代際干旱形成中的重要作用（Findell and Delworth，2010）。然而，盡管在實(shí)際海溫的驅動(dòng)下數值模擬能夠較好再現Sahel、北美和東亞年代尺度干旱的時(shí)間變化和持續性特征，但多數模式還不能準確描述降水的變幅，模式模擬的比實(shí)際觀(guān)測的變幅要小。雖然在實(shí)際海溫的驅動(dòng)下模式能模擬近百年多數的年代尺度干旱，但卻無(wú)法解釋20世紀30年代沙塵暴事件（Cook et al.，2009），即使以海洋強迫為主要驅動(dòng)因子的模式里，對陸氣相互之間的反饋也是敏感的（Giannini et al.，2008）?？磥?lái)，過(guò)去100年，全球海溫變化在年代尺度干旱形成過(guò)程中起著(zhù)關(guān)鍵作用，決定了干旱的年際和年代際變化特征;而地表過(guò)程和大氣的反饋過(guò)程加強了氣候變化的振幅。但由于全球模式的粗分辨率特點(diǎn)，不能客觀(guān)表征不同區域下墊面的非均勻狀況，我們難以從全球模式的模擬結果中提取區域尺度地氣相互作用的可靠信號。

研究表明，有些地區降水的年代尺度變化與AMO有著(zhù)顯著(zhù)的關(guān)聯(lián)性，但另外一些地區的年代尺度干濕變化卻與PDO的關(guān)系密切（McCabe et al.，2004；
馬柱國和邵麗娟，2006;Ma and Fu，2006;Ma，2007;Yang et al.，2017）。如研究發(fā)現，北非20世紀60年代開(kāi)始的干旱化趨勢主要歸因于A(yíng)MO的影響（Shanahan et al.，2009），而PDO 與華北地區和北美西部的年代尺度干濕變化密切相關(guān)（Ma，2007;Yang et al.，2017，2019），即當PDO處于暖位相時(shí)，華北地區對應一個(gè)持續干旱的時(shí)段，而北美西部則對應一個(gè)持續多雨的時(shí)段。這些結果提升了我們對干旱／半干旱區的氣候干濕形成機理的認識。然而過(guò)去把PDO或者AMO完全孤立起來(lái)研究其與干旱／半干旱區氣候變化的關(guān)系，這與實(shí)際情況不符。最近研究的突出進(jìn)展就是考慮了PDO和AMO的協(xié)同作用，即根據PDO和AMO的協(xié)同作用認識年代際尺度氣候變化的機制（Yang et al.，2017;Zhang et al.，2018）。研究發(fā)現，PDO和AMO的協(xié)同作用主導了全球陸地降水的年代尺度變化（Yang et al.，2019），尤其是對干旱／半干旱地區年代尺度氣候變化的作用。值得注意的是，PDO 和AMO 對干旱／半干旱區的協(xié)同作用具有明顯的區域差異，如PDO對中國華北地區（馬柱國和邵麗娟，2006;馬柱國和符淙斌，2007）和北美西部半干旱地區降水的年代際變化產(chǎn)生重要的影響，AMO的作用次之;但在北非地區，AMO的影響則起著(zhù)主導作用（Yang et al.，2019）。當PDO的位相確定時(shí)，我國東部（100°E以東）

降水的年代際變化的分布格局基本確定，而AMO的作用對這種分布格局起著(zhù)加強或者削弱的作用，即當兩者同位相時(shí)，PDO的影響被削弱，兩者異位相時(shí)，PDO的影響被加強（Yang et al.，2017）。盡管目前對全球干旱／半干旱區年代際氣候變化的協(xié)同作用及這種協(xié)同作用的區域差異取得了新認識，但仍然缺乏對各個(gè)分量在其在協(xié)同作用中的定量貢獻的估算，也缺乏對全球三大洋（太平洋、大西洋和印度洋）海溫的協(xié)同作用的分析。過(guò)去幾十年，中國東部降水呈現出顯著(zhù)的年代尺度變化特征。2000年以前，中國東部降水的年代尺度變化表現出“南澇北旱”的空間分布格局，即華北地區降水偏少而長(cháng)江以南地區降水偏多，這種分布格局與PDO和AMO的協(xié)同作用具有密切的關(guān)系，且PDO主導這種格局的變化；
2000年以后，PDO由暖位相轉為冷位相，而中國東部降水也由原來(lái)的“南澇北旱”轉變成“南旱北澇”，北方大部分地區的降水由減少趨勢轉為增加趨勢（馬柱國等，2018），其動(dòng)力學(xué)機制可解釋?zhuān)寒擯DO正位相時(shí)，赤道中東太平洋的暖SST異常會(huì )增加從海洋到大氣的感熱通量，加熱整個(gè)熱帶對流層，使其出現正的溫度異常;與此同時(shí)，北半球中緯度的對流層溫度會(huì )異常偏冷，從而改變北太平洋及周邊地區的經(jīng)向溫度梯度。具體來(lái)說(shuō)，副熱帶到中緯度地區的經(jīng)向溫度梯度增大，根據熱成風(fēng)原理，該地區的西風(fēng)增強;而熱帶和高緯度的經(jīng)向溫度梯度減弱，相應地出現東風(fēng)異常。這種風(fēng)場(chǎng)異常使得北太平洋對流層上層出現“南負北正”的渦度切變，即北太平洋北部出現異常氣旋，而北太平洋南部出現異常反氣旋（圖2）。由此造成阿留申低壓增強，副高也增強，相對應地，在對流層底層，北太平洋北部出現了一個(gè)大范圍的氣旋性風(fēng)場(chǎng)，在西北太平洋出現了一個(gè)反氣旋性風(fēng)場(chǎng)，長(cháng)江以南地區出現異常西南風(fēng)，華北地區則出現異常西北風(fēng)，這種異常風(fēng)場(chǎng)會(huì )削弱東亞夏季風(fēng)，阻止熱帶水汽和雨帶向北推進(jìn)，使得華北地區降水減少，而降水更多集中在長(cháng)江以南地區，中國東部出現“南澇北旱”；
當PDO負位相時(shí)，大氣環(huán)流的響應則反向，中國東部出現“南旱北澇”（Yang et al.，2017）。大量研究證明，海溫的年代際變化對干旱／半干旱區的年代尺度氣候變化具有重要影響，尤其是年代尺度干濕變化。PDO 和AMO 的變化主導了全球陸地降水的年代際變化，而兩者的協(xié)同作用決定干旱半干旱地區降水的年代際變化特征及趨勢，它們對干旱／半干旱區影響

的相對貢獻大小具有明顯的區域差異。然而，現在還缺乏不同海域海溫的協(xié)同作用對氣候年代尺度變化相對貢獻的有關(guān)研究，這將是未來(lái)研究年代際氣候變化形成機理的前沿科學(xué)問(wèn)題之一。

3 總結和討論

氣候干濕的長(cháng)期變化是直接影響水資源和生態(tài)系統格局變化的關(guān)鍵驅動(dòng)因子。在當前全球增暖不斷加劇的背景下，區域尺度氣候干濕變化已經(jīng)成為影響人類(lèi)生存環(huán)境顯著(zhù)變化的重要因素，加之人口增長(cháng)和社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的需求，人類(lèi)活動(dòng)對氣候變化的影響達到了前所未有的程度。除氣候系統內部的變率外，人類(lèi)活動(dòng)的影響已經(jīng)成為干旱／半干旱區氣候變化的關(guān)鍵驅動(dòng)因素。過(guò)去的研究已充分地證明，不同區域間干濕的長(cháng)期變化存在著(zhù)顯著(zhù)差異，Sahel地區始于20世紀50年代中期的干旱化、華北20世紀70年代開(kāi)始的干旱化、中國西北西部的氣候“暖濕化”和北美半干旱區2000年前的降水增加趨勢均是區域干濕變化的典型個(gè)例。過(guò)去大量的研究還揭示了氣候系統內部變率在區域氣候干濕變化中的重要作用。人類(lèi)活動(dòng)影響干濕變化機理主要聚焦于CO2的影響，而對于區域尺度土地利用／覆蓋變化、人類(lèi)用水等的影響還沒(méi)有得到令人信服的結論。加之，氣候干濕變化并不能完全代表水文、生態(tài)和社會(huì )經(jīng)濟的干濕變化。因此，未來(lái)關(guān)于區域尺度人類(lèi)活動(dòng)的影響將是干旱／半干旱氣候干濕變化的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。深刻認識人類(lèi)活動(dòng)的影響是進(jìn)行干濕變化預測的前提，即干濕的長(cháng)期變化需要從自然和人類(lèi)活動(dòng)影響兩個(gè)方進(jìn)行綜合研究（圖3）。作為全球變化最敏感的地區之一，干旱半干旱區的干濕長(cháng)期變化研究應關(guān)注以下問(wèn)題：

1） 人類(lèi)活動(dòng)，尤其是區域尺度植被變化、農業(yè)灌溉、城市化、人工水體對區域干濕變化的影響;

2） 區域尺度上氣候系統內部變率和各種人類(lèi)活動(dòng)影響的相對貢獻，尤其是要量化各因素影響的大小;

3） 氣候干濕變化、水文干濕變化、生態(tài)系統干濕變化和社會(huì )經(jīng)濟干濕變化的相互關(guān)聯(lián)和轉化機制及預測。

參考文獻（References）

Bader J，Latif M，2003.The impact of decadal-scale Indian Ocean Sea surface temperature anomalies on Sahelian rainfall and the North Atlantic Oscillation［J］.Geophys Res Lett，30（22）：2169.doi：10.1029／2003GL018426.

Berg A，McColl K A，2021.No projected global drylands expansion under greenhouse warming［J］.Nat Clim Change，11（4）：331-337.doi：10.1038／s41558-021-01007-8.

Charney J，Stone P H，Quirk W J，1975.Drought in the Sahara：a biogeophysical feedback mechanism［J］.Science，187（4175）：434-435.doi：10.1126／science.187.4175.434.

Chou C A，Neelin J D，Chen C A，et al.，2009.Evaluating the “rich-get-richer” mechanism in tropical precipitation change under global warming［J］.J Climate，22（8）：1982-2005.doi：10.1175／2008jcli2471.1.

Cook B I，Miller R L，Seager R，2009.Amplification of the North American Dust Bowl drought through human-induced land degradation［J］.Proc Natl Acad Sci USA，106（13）：4997-5001.doi：10.1073／pnas.0810200106.

Cook B I，Smerdon J E，Seager R，et al.，2014.Global warming and 21st century drying［J］.Clim Dyn，43（9）：2607-2627.doi：10.1007／s00382-014-2075-y.

Dai A G，2011.Drought under global warming：a review［J］.Wiley Interdiscip Rev，2（1）：45-65.doi：10.1002／wcc.81.

Dai A G，Lamb P J，Trenberth K E，et al.，2004.The recent Sahel drought is real［J］.Int J Climatol，24（11）：1323-1331.doi：10.1002／joc.1083.

Delworth T，Manabe S，1993.Climate variability and land-surface processes［J］.Adv Water Resour，16（1）：3-20.doi：10.1016／0309-1708（93）90026-C.

Douville H K，Raghavan J，Renwick R P，et al.，2021.Water cycle changes［M］／／Climate change 2021：the physical science basis.Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA：Cambridge University Press：1055-1210.doi：10.1017／9781009157896.010.

Durack P J，Wijffels S E，Matear R J，2012.Ocean salinities reveal strong global water cycle intensification during 1950 to 2000［J］.Science，336（6080）：455-458.doi：10.1126／science.1212222.

Ellis A W，Marston M L，2020.Late 1990s cool season climate shift in eastern North America［J］.Clim Change，162（3）：1385-1398.doi：10.1007／s10584-020-02798-z.

Feng H H，Zhang M Y，2015.Global land moisture trends：drier in dry and wetter in wet over land［J］.Sci Rep，5：18018.doi：10.1038／srep18018.

Feng S，Fu Q，2013.Expansion of global drylands under a warming climate［J］.Atmos Chem Phys，13（19）：10081-10094.doi：10.5194／acp-13-10081-2013.

Findell K，Delworth T，2010.Impact of common sea surface temperature anomalies on global drought and pluvial frequency［J］.J Climate，23：485-503.doi：10.1175／2009JCLI3153.1.

符淙斌，安芷生，2002.我國北方干旱化研究：面向國家需求的全球變化科學(xué)問(wèn)題［J］.地學(xué)前緣，9（2）：271-275. Fu C B，An Z S，2002.Study of aridification in northern China：a global change issue facing directly the demand of nation［J］.Earth Sci Front，9（2）：271-275.doi：10.3321／j.issn：1005-2321.2002.02.004.（in Chinese）.

符淙斌，黃燕，1996.亞洲的全球變化問(wèn)題［J］.氣候與環(huán)境研究，1（2）：2-8，10. Fu C B，Huang Y，1996.Global change in Aisa［J］.Clim Environ Res，1（2）：2-8，10.（in Chinese）.

符淙斌，馬柱國，2008.全球變化與區域干旱化［J］.大氣科學(xué)，32（4）：752-760. Fu C B，Ma Z G，2008.Global change and regional aridification［J］.Chin J Atmos Sci，32（4）：752-760.doi：10.3878／j.issn.1006-9895.2008.04.05.（in Chinese）.

符淙斌，袁慧玲，2001.恢復自然植被對東亞夏季氣候和環(huán)境影響的一個(gè)虛擬試驗［J］.科學(xué)通報，46（8）：691-695，706. Fu C B，Yuan H L，2001.A virtual experiment on the impact of restoring natural vegetation on summer climate and environment in East Asia［J］.Chin Sci Bull，46（8）：691-695，706.doi：10.3321／j.issn：0023-074X.2001.08.018.（in Chinese）.

Fu C B，Jiang Z H，Guan Z Y，et al.，2008.Climate of China and East Asian monsoon［M］／／Regional climate studies of China.Berlin，Heidelberg：Springer：1-48.

Fu Q，Feng S，2014.Responses of terrestrial aridity to global warming［J］.J Geophys Res，119（13）：7863-7875.doi：10.1002／2014JD021608.

Giannini A，Biasutti M，Verstraete M M，2008.A climate model-based review of drought in the Sahel：desertification，the regreening and climate change［J］.Glob Planet Change，64（3／4）：119-128.doi：10.1016／j.gloplacha.2008.05.004.

Giannini A，Saravanan R，Chang P，2003.Oceanic forcing of Sahel rainfall on interannual to interdecadal time scales［J］.Science，302（5647）：1027-1030.doi：10.1126／science.1089357.

Giannini A，Saravanan R，Chang P，2005.Dynamics of the boreal summer African monsoon in the NSIPP1 atmospheric model［J］.Clim Dyn，25（5）：517-535.doi：10.1007／s00382-005-0056-x.

Greve P，Orlowsky B，Mueller B，et al.，2014.Global assessment of trends in wetting and drying over land［J］.Nat Geosci，7（10）：716-721.doi：10.1038／ngeo2247.

Greve P，Roderick M L，Ukkola A M，et al.，2019.The aridity index under global warming［J］.Environ Res Lett，14：124006.doi：10.1088／1748-9326／ab5046.

Greve P，Seneviratne S I，2015.Assessment of future changes in water availability and aridity［J］.Geophys Res Lett，42（13）：5493-5499.doi：10.1002／2015GL064127.

Hagos S M，Cook K H，2008.Ocean warming and late-twentieth-century Sahel drought and recovery［J］.J Climate，21（15）：3797-3814.doi：10.1175／2008jcli2055.1.

Held I M，Soden B J，2006.Robust responses of the hydrological cycle to global warming［J］.J Climate，19（21）：5686-5699.doi：10.1175／jcli3990.1.

Hickler T，Eklundh L，Seaquist J W，et al.，2005.Precipitation controls Sahel greening trend［J］.Geophys Res Lett，32（21）：L21415.doi：10.1029／2005GL024370.

Hoek van Dijke A J，Herold M，Mallick K，et al.，2022.Shifts in regional water availability due to global tree restoration［J］.Nat Geosci，15（5）：363-368.doi：10.1038／s41561-022-00935-0.

Huang J P，Yu H P，Guan X D，et al.，2016.Accelerated dryland expansion under climate change［J］.Nat Clim Change，6（2）：166-171.doi：10.1038／nclimate2837.

黃榮輝，韋志剛，李鎖鎖，等，2006.黃河上游和源區氣候、水文的年代際變化及其對華北水資源的影響［J］.氣候與環(huán)境研究，11（3）：245-258. Huang R H，Wei Z G，Li S S，et al.，2006.The interdecadal variations of climate and hydrology in the upper reach and source area of the Yellow River and their impact on water resources in North China［J］.Clim Environ Res，11（3）：245-258.doi：10.3969／j.issn.1006-9585.2006.03.001.（in Chinese）.

Laval K，Picon L，1986.Effect of a change of the surface albedo of the Sahel on climate［J］.J Atmos Sci，43（21）：2418-2429.doi：10.1175／1520-0469（1986）043<2418：eoacot>2.0.co;2.

李崇銀，朱錦紅，孫照渤，2002.年代際氣候變化研究［J］.氣候與環(huán)境研究，7（2）：209-219. Li C Y，Zhu J H，Sun Z B，2002.The study interdecadel climate variation［J］.Clim Environ Res，7（2）：209-219.doi：10.3969／j.issn.1006-9585.2002.02.008.（in Chinese）.

李明星，馬柱國，2012.中國氣候干濕變化及氣候帶邊界演變：以集成土壤濕度為指標［J］.科學(xué)通報，57（S2）：2742-2756. Li M X，Ma Z G，2012.Dry-wet climate change and climatic zone boundary evolution in China：taking integrated soil moisture as an indicator［J］.Chin Sci Bull，57（S2）：2742-2756.doi：10.1007／s11783-011-0280-z.（in Chinese）.

Li M X，Wu P L，Ma Z G，et al.，2020.Changes in soil moisture persistence in China over the past 40 years under a warming climate［J］.J Climate，33（22）：9531-9550.doi：10.1175／jcli-d-19-0900.1.

Lu J，Delworth T L，2005.Oceanic forcing of the late 20th century Sahel drought［J］.Geophys Res Lett，32（22）：L22706.doi：10.1029／2005GL023316.

Lv M X，Ma Z G，Peng S M，2019.Responses of terrestrial water cycle components to afforestation within and around the Yellow River Basin［J］.Atmos Ocean Sci Lett，12（2）：116-123.doi：10.1080／16742834.2019.1569456.

Ma Z G，2007.The interdecadal trend and shift of dry／wet over the central part of North China and their relationship to the Pacific Decadal Oscillation （PDO）［J］.Chin Sci Bull，52（15）：2130-2139.doi：10.1007／s11434-007-0284-z.

馬柱國，符淙斌，2001.中國北方干旱區地表濕潤狀況的趨勢分析［J］.氣象學(xué)報，59（6）：737-746. Ma Z G，Fu C B，2001.Trend of surface humid index in the arid area of northren China［J］.Acta Meteorol Sin，59（6）：737-746.doi：10.11676／qxxb2001.077.（in Chinese）.

馬柱國，符淙斌，2005.中國干旱和半干旱帶的10年際演變特征［J］.地球物理學(xué)報，48（3）：519-525. Ma Z G，Fu C B，2005.Decadal variations of arid and semi-arid boundary in China［J］.Chin J Geophys，48（3）：519-525.doi：10.3321／j.issn：0001-5733.2005.03.008.（in Chinese）.

馬柱國，符淙斌，2006.1951—2004年中國北方干旱化的基本事實(shí)［J］.科學(xué)通報，51（20）：2429-2439. Ma Z G，Fu C，2006.1951—2004年中國北方干旱化的基本事實(shí)［J］.Chin Sci Bull，51（20）：2429-2439.（in Chinese）.

馬柱國，邵麗娟，2006.中國北方近百年干濕變化與太平洋年代際振蕩的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，30（3）：464-474. Ma Z G，Shao L J，2006.Relationship between dry／wet variation and the Pacific decade oscillation （PDO） in Northern China during the last 100 years［J］.Chin J Atmos Sci，30（3）：464-474.（in Chinese）.

馬柱國，符淙斌，2007.20世紀下半葉全球干旱化的事實(shí)及其與大尺度背景的聯(lián)系［J］.中國科學(xué)（D輯：地球科學(xué)），37（2）：222-233. Ma Z G，Fu C B，2007.The fact of global drought in the second half of the 20th century and its connection with large-scale background［J］.Sci China Ser D Earth Sci，37（2）：222-233.（in Chinese）.

馬柱國，華麗娟，任小波，2003.中國近代北方極端干濕事件的演變規律［J］.地理學(xué)報，58（S1）：69-74. Ma Z G，Hua L J，Ren X B，2003.The extreme dry／wet events in Northern China during recent 100 years［J］.Acta Geogr Sin，58（S1）：69-74.doi：10.3321／j.issn：0375-5444.2003.z1.008.（in Chinese）.

馬柱國，符淙斌，楊慶，等，2018.關(guān)于我國北方干旱化及其轉折性變化［J］.大氣科學(xué)，42（4）：951-961. Ma Z G，Fu C B，Yang Q，et al.，2018.Drying trend in Northern China and its shift during 1951—2016［J］.Chin J Atmos Sci，42（4）：951-961.doi：10.3878／j.issn.1006-9895.1802.18110.（in Chinese）.

Ma Z G，Fu C B，2006.Some evidence of drying trend over Northern China from 1951 to 2004［J］.Chin Sci Bull，51（23）：2913-2925.doi：10.1007／s11434-006-2159-0.

Manabe S，Wetherald R T，Milly P C D，et al.，2004.Century-scale change in water availability：CO2-quadrupling experiment［J］.Clim Change，64（1）：59-76.doi：10.1023／B：CLIM.0000024674.37725.ca.

McCabe G J，Palecki M A，Betancourt J L，2004.Pacific and Atlantic Ocean influences on multidecadal drought frequency in the United States［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，101（12）：4136-4141.doi：10.1073／pnas.0306738101.

McCabe G J，Wolock D M，2015.Increasing Northern Hemisphere water deficit［J］.Clim Change，132（2）：237-249.doi：10.1007／s10584-015-1419-x.

McKinnon K A，Poppick A，Simpson I R，2021.Hot extremes have become drier in the United States Southwest［J］.Nat Clim Change，11（7）：598-604.doi：10.1038／s41558-021-01076-9.

Milly P C D，Dunne K A，2016.Potential evapotranspiration and continental drying［J］.Nat Clim Change，6（10）：946-949.doi：10.1038／nclimate3046.

Narisma G T，Foley J A，Licker R，et al.，2007.Abrupt changes in rainfall during the twentieth century［J］.Geophys Res Lett，34（6）：L06710.doi：10.1029／2006GL028628.

Nicholson S E，2001.Climatic and environmental change in Africa during the last two centuries［J］.Clim Res，17：123-144.doi：10.3354／cr017123.

Nicholson S E，Grist J P，2001.A conceptual model for understanding rainfall variability in the West African Sahel on interannual and interdecadal timescales［J］.Int J Climatol，21（14）：1733-1757.doi：10.1002／joc.648.

Nicholson S E，Tucker C J，Ba M B，1998.Desertification，drought，and surface vegetation：an example from the West African Sahel［J］.Bull Amer Meteor Soc，79（5）：815-829.doi：10.1175／1520-0477（1998）079<0815：ddasva>2.0.co;2.

Nicholson S，2000.Land surface processes and Sahel climate［J］.Rev Geophys，38（1）：117-139.doi：10.1029／1999RG900014.

Pegion P，Kumar A，2010.Multimodel estimates of atmospheric response to modes of SST variability and implications for droughts［J］.J Climate，23：4327-4341.doi：10.1175／2010JCLI3295.1.

Ranasinghe R，Ruane A C，Vautard R，et al.，2021.Climate change information for regional impact and for risk assessment［M］／／Climate change 2021：the physical science basis.Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA Cambridge University Press：1767-1926.doi：10.1017／9781009157896.014.

Reynolds J，Smith D，Lambin E，et al.，2007.Global desertification：building a science for dryland development［J］.Science，316：847-851.doi：10.1126／SCIENCE.1131634.

Schlaepfer D R，Bradford J B，Lauenroth W K，et al.，2017.Climate change reduces extent of temperate drylands and intensifies drought in deep soils［J］.Nat Commun，8：14196.doi：10.1038／ncomms14196.

Shanahan T M，Overpeck J T，Anchukaitis K J，et al.，2009.Atlantic forcing of persistent drought in West Africa［J］.Science，324（5925）：377-380.doi：10.1126／science.1166352.

Sheffield J，Wood E F，Roderick M L，2012.Little change in global drought over the past 60 years［J］.Nature，491（7424）：435-438.doi：10.1038／nature11575.

Smith C，Baker J C A，Spracklen D V，2023.Tropical deforestation causes large reductions in observed precipitation［J］.Nature，615（7951）：270-275.doi：10.1038／s41586-022-05690-1.

Sud Y C，Fennessy M，1982.A study of the influence of surface albedo on July circulation in semi-arid regions using the glas GCM［J］.J Climatol，2（2）：105-125.doi：10.1002／joc.3370020202.

Sun W Y，Song X Y，Mu X M，et al.，2015.Spatiotemporal vegetation cover variations associated with climate change and ecological restoration in the Loess Plateau［J］.Agric For Meteorol，209／210：87-99.doi：10.1016／j.agrformet.2015.05.002.

Taylor C M，Lambin E F，Stephenne N，et al.，2002.The influence of land use change on climate in the Sahel［J］.J Climate，15（24）：3615-3629.doi：10.1175／1520-0442（2002）015<3615：tioluc>2.0.co;2.

Trenberth K E，Dai A G，van der Schrier G，et al.，2014.Global warming and changes in drought［J］.Nat Clim Change，4（1）：17-22.doi：10.1038／nclimate2067.

Tuinenburg O A，Bosmans J H C，Staal A，2022.The global potential of forest restoration for drought mitigation［J］.Environ Res Lett，17（3）：034045.doi：10.1088／1748-9326／ac55b8.

Vizy E K，Cook K H，2010.Influence of the amazon／orinoco plume on the summertime Atlantic climate［J］.J Geophys Res，115（D21）：D21112.doi：10.1029／2010JD014049.

Wang G，Eltahir E A B，Foley J A，et al.，2004.Decadal variability of rainfall in the Sahel：results from the coupled GENESIS-IBIS atmosphere-biosphere model［J］.Clim Dyn，22（6）：625-637.doi：10.1007／s00382-004-0411-3.

王紹武，朱錦紅，1999.國外關(guān)于年代際氣候變率的研究［J］.氣象學(xué)報，57（3）：376-384. Wang S W，Zhu J H，1999.A review of overseas study on inter decadal variability［J］.Acta Meteorol Sin，57（3）：376-384.（in Chinese）.

Wittig R，Knig K，Schmidt M，et al.，2007.A study of climate change and anthropogenic impacts in West Africa［J］.Env Sci Poll Res Int，14（3）：182-189.doi：10.1065／espr2007.02.388.

Xue Y K，Shukla J，1993.The influence of land surface properties on Sahel climate.part 1：desertification［J］.J Climate，6（12）：2232-2245.doi：10.1175／1520-0442（1993）006<2232：tiolsp>2.0.co;2.

Yang Q，Ma Z G，Fan X G，et al.，2017.Decadal modulation of precipitation patterns over eastern China by sea surface temperature anomalies［J］.J Climate，30（17）：7017-7033.doi：10.1175／jcli-d-16-0793.1.

Yang Q，Ma Z G，Wu P L，et al.，2019.Interdecadal seesaw of precipitation variability between North China and the southwest United States［J］.J Climate，32（10）：2951-2968.doi：10.1175／jcli-d-18-0082.1.

Zeng N，Neelin J D，Lau K M，et al.，1999.Enhancement of interdecadal climate variability in the Sahel by vegetation interaction［J］.Science，286（5444）：1537-1540.doi：10.1126／science.286.5444.1537.

Zeng N，Yoon J，2009.Expansion of the worlds deserts due to vegetation-albedo feedback under global warming［J］.Geophys Res Lett，36（17）：L17401.doi：10.1029／2009gl039699.

Zhang B Q，Tian L，Zhao X N，et al.，2021.Feedbacks between vegetation restoration and local precipitation over the Loess Plateau in China［J］.Sci China Earth Sci，64（6）：920-931.doi：10.1007／s11430-020-9751-8.

Zhang Z Q，Sun X G，Yang X Q，2018.Understanding the interdecadal variability of East Asian summer monsoon precipitation：joint influence of three oceanic signals［J］.J Climate，31（14）：5485-5506.doi：10.1175／jcli-d-17-0657.1.

·ARTICLE·

Progress and reflection on the study of interdecadal changes in dry and wet conditions in global arid and semiarid regions

FU Congbin1，MA Zhuguo2

1Nanjing University，Nanjing 210044，China;

2Key Laboratory of Regional Climate and Environment for Temperate East Asia，Institute of Atmospheric Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China

Abstract The investigation of climate change in arid and semiarid regions has long been a prominent scientific issue of extensive interest，particularly concerning the patterns and future trends of dry and wet climatic variations.Previous research has made significant advancements in unraveling the facts and mechanisms underlying these climatic changes across diverse arid and semiarid regions worldwide.Although the 6th IPCC evaluation report indicates a projected exacerbation of global aridity trends in the future，several contentious issues persist.This paper provides a comprehensive review of studies focusing on interdecadal changes in dry and wet conditions，particularly interdecadal drought，in arid and semiarid regions within the context of global warming.The current state of related research is systematically analyzed，and key scientific challenges faced by arid and semiarid region studies are identified.

Keywords arid／semiarid regions;interdecadal dry and wet changes;impact of human activities

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20230517001

（責任編輯：張福穎）