气候变化引起干旱频发和强度增强，并呈现爆发速度加快的趋势，对全球水安全、粮食安全和生态安全产生深远的影响。干旱演化速度在很大程度上决定了干旱的持续时间、强度、严重性及其致灾性，因而成为近年来气象水文学领域研究的热点和前沿。然而，已有研究多关注单一干旱类型的时空演变特征及多类型干旱之间的传播过程，缺少从干旱事件内在过程(发展过程和恢复过程)视角对干旱演化速度的认识，给干旱监测、风险预估与有效应对带来诸多挑战。
东北地理所水文与水资源学科组利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中偏差矫正后的34个模式数据，基于标准化降水指数和游程理论，从瞬时发展速度(Instantaneous development speed,IDS)和瞬时恢复速度(Instantaneous recovery speed,IRS)两方面量化了干旱内在演化过程，评估了全球未来气候变化下不同共享社会经济路径情景(SSP245和SSP585)及不同升温水平(1.5°C、2°C和3°C)下全球干旱演化速度。
图1. 基于游程理论的干旱瞬时发展速度和瞬时恢复速度的定义
研究发现，在1950-2014年，全球范围内干旱发展速度普遍快于恢复速度，且干旱发展速度较快的区域往往干旱恢复速度也相对较快。研究确定了八个干旱IDS和IRS均较快的热点地区，分别是阿拉斯加、加拿大西北部、南美洲中西部、地中海沿岸-北非、南非中部、澳大利亚西北部、中国干旱半干旱区及内蒙古、俄罗斯远东西北部(图2)。
图2. 1950-2014年全球的干旱瞬时发展速度(a)和瞬时恢复速度(b)的空间分布。黑框表示全球八个干旱发展和恢复速度较快的热点区域。
与历史时期相比，SSP245情景下全球约69.5%的区域干旱发展速度加快，29.4%的区域干旱发展速度减慢;干旱恢复速度将主要呈下降趋势，约53.1%的陆地区域干旱恢复速度将会变慢。SSP585情景下，全球大部分地区IDS和IRS将会下降，尤其是北半球高纬度地区IDS和IRS下降最为明显，但北半球低纬度地区IDS和IRS将会增加;全球约43.3%的区域IDS将会加快，55.7%的区域IDS变慢;IRS变慢的全球面积占比达75.1%(图3)。
图3. 与历史多模型集成均值比较，SSP245和SSP585情景下干旱瞬时发展和恢复速度的相对变化(%)。正值表示干旱发展或恢复过程的加速，反之亦然。
随着全球变暖加剧(1.5°C、2°C和3°C)，IDS和IRS较快的区域将扩大，低IRS区域将缩小，但IDS较慢的区域也会增加。在SSP245和SSP585情景下，八个历史时期的热点地区在未来不同升温水平下仍将持续存在，但变化趋势各异(图4)。
图4. 与历史多模型均值相比，SSP245和SSP585情景下不同升温水平(1.5℃、2℃和3℃)下干旱瞬时发展速度(IDS)和瞬时恢复速度(IRS)的相对变化(%)。
本研究为气候变化下干旱演化及其风险评估提供了重要见解，强调在制定应对策略时考虑干旱演化速度变化的必要性，对全球气候变化下干旱监测、风险预估与有效应对有重要的参考意义。
研究成果近期发表在国际学术期刊《Journal of Hydrology》，中国科学院东北地理与农业生态研究所硕士研究生孙嘉豪和博士研究生章清松为共同第一作者，吴燕锋项目副研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划资助项目(2021YFC3200203)、国家自然基金项目(41877160)等项目共同资助。
论文信息及链接如下：
Sun Jingxuan,Zhang Qingsong,Xu Y. Jun,Liu Xuemei,Chen Liwen,Zhang Guangxin,Wu Yanfeng*. Will drought evolution accelerate under future climate?Journal of Hydrology,2024.132552. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2024.132552
