基于CMIP6模式结果的全球干旱化归因、预估及经济社会影响研究

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过去几十年间全球出现大范围干旱化态势,对生态环境造成了深刻影响,给人类社会带来了巨大挑战。然而,干旱化形成的机制仍然存在争议,自然变率和人类强迫对干旱化的贡献还不明确,亟待进一步探讨。其次,关于干旱化的预估及其对人类社会的影响还存在很大的不确定性。针对以上问题,本研究基于多源观测、再分析及CMIP6(第六次国际耦合模式比较计划)模式资料,对历史时期全球干旱化进行了检测归因,量化了自然变率和人类活动对干旱化的影响,同时分析了气象要素对干旱化的影响;最后,采用涌现约束方法预估了未来干旱化演变及其对人类社会的影响。在此基础上,以中国为例详细探讨了区域性干旱化的原因、未来演变及其影响。主要结论如下:(1)基于最优指纹法的检测归因发现,1965-2014年全球干旱化可以归咎于人类活动。全强迫、人类活动强迫、温室气体强迫及气溶胶强迫信号均可被检测且归因,而自然强迫的信号在绝大多数情形下都不能被检测到。就人类活动强迫对干湿变化的影响而言,温室气体强迫主导了全球干旱化态势,而气溶胶强迫的影响导致出现变湿趋势,减弱了由温室气体强迫导致的变干趋势。此外,趋势分解法的结果显示,全球绝大多数区域不同强迫下(全强迫、温室气体强迫及气溶胶强迫)的干湿变化趋势均由降水和温度所主导,其中主导因子降水主要分布于北半球中低纬度和南半球大部分地区,而温度主要分布于北半球中高纬度地区;特别地,气溶胶强迫下,净辐射是欧洲中部、非洲中部及东亚部分地区的主导因子。(2)涌现约束法可以有效降低未来干旱化预估的不确定性。在未来,全球绝大多部分地区(如北美中部、南美中部、欧洲、非洲南部及东亚)呈干旱化态势,而涌现约束后变干区域减小,且全球变干趋势较CMIP6模式预估有所减弱。CMIP6模式低估了北美、非洲和亚洲干旱区面积,高估了欧洲干旱区面积。未来南美洲、欧洲、北美和大洋洲干旱区面积增加,非洲和亚洲干旱区面积减少。涌现约束后,除南美洲和欧洲干旱区面积增加趋势减弱外,北美和大洋洲干旱区面积的增加趋势以及非洲和亚洲干旱区面积的减小趋势均增强。CMIP6模式高估了全球极端干旱区面积,低估了干旱、半干旱及半干旱半湿润区面积。未来极端干旱区面积将出现减少态势,而干旱、半干旱及干旱半湿润区面积增加。(3)CMIP6模式高估了2021-2100年间全球人口和农业用地暴露度,而低估了GDP(国民生产总值)暴露度。全球人口和农业用地暴露度在2060年之前增加,而后逐渐降低;GDP暴露度表现为连续增加。就全球平均而言,人口、农业用地及GDP暴露度的变化主要受经济社会要素本身变化的控制,与气候变化引起的干旱区变化关系不大。人口和农业用地暴露度变化的原因表现出明显的区域性差异;其中,由气候变化引起的干旱区变化是北美和欧洲农业用地暴露度增加及亚洲人口和农业用地暴露度降低的主要原因。就GDP暴露度的增加,各大洲均可归咎于GDP自身的增加。2℃变暖情景下,全球一半以上国家将面临比CMIP6模式预估更高的经济社会暴露度。(4)基于趋势分解方法,结果发现不同强迫下(全强迫、温室气体强迫及气溶胶强迫)降水和温度是中国大多数区域干湿变化主导因子。全强迫及气溶胶强迫下,净辐射对长江流域中下游和华南地区的干湿变化趋势有较大影响。由于CMIP6模式对中国区域模拟偏湿,进而干旱区面积存在低估现象。未来,中国呈现变湿趋势,干旱区面积相应减少;其中,中国北方将变湿,而长江流域及其南部将变干。涌现约束后,中国变湿趋势减弱,干旱区面积减小趋势增强。CMIP6模式低估了中国人口、农业用地及GDP暴露度。未来中国人口和农业用地暴露度呈现下降趋势,而GDP暴露度在2060年之前增加,之后逐渐下降。中国人口暴露度的降低是由气候变化和人口因素的相互作用所导致,农业用地暴露度的下降主要与气候变化引起的干旱区面积减小有关,GDP暴露度的变化主要受GDP自身演变控制。
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