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在晨光中死去的棉白杨。美国加利福尼亚州索尔顿市。2014年2月18日。图片来源:Scott London/Alamy Live News。DTKAM7
在晨光中死去的棉白杨。美国加利福尼亚州索尔顿市。2014年2月18日。 图片来源:Scott London/Alamy Live News。
客人的帖子
2018年5月14日11:39

特约帖子:气候变化已经使干旱更加严重

本杰明·库克博士

本杰明·库克博士

14.05.2018 |上午11:39
客人帖子 特约帖子:气候变化已经使干旱更加严重

本杰明·库克博士气候科学家在吗美国宇航局戈达德太空研究所拉蒙特-多尔蒂地球观测站

世界上很少有地区能完全免受干旱及其对水资源、生态系统和人民造成的破坏性影响。

不同的地区加利福尼亚州, 这地中海东部东非南非澳大利亚所有人都经历过严重 - 并且在某些情况下,近年来前所未有的干旱。

其他气候和天气极端这些事件激发了人们对气候变化影响的强烈兴趣。例如,气候变化是否使干旱更频繁或更严重?我们能否期待气候变化在未来加剧干旱风险和严重程度?

最近的研究表明,气候变化已经使世界上许多地方更加干旱,随着气候进一步变暖,干旱可能会更加严重。

定义干旱

干旱之一世界上最昂贵的与天气有关的灾害(pdf),影响生态系统农业人类社会

这些影响的规模突出表明,了解干旱及其可能因气候变化而恶化的可能性和严重性是多么重要。

但这说起来容易做起来难。首先,干旱从根本上说是一种跨学科现象——它跨越了气象学、气候学、水文学、生态学、农学,甚至社会学、经济学和人类学等领域。

这意味着如何定义干旱可能取决于你的兴趣领域。

气象学家可能会将干旱描述为直接缺乏降雨(称为“气象干旱”)。然而,农民最关心的是雨水缺乏会影响土壤湿度和作物生长(“农业干旱”)。而水文学家最感兴趣的是什么时候这会对河流流量、含水层和地表水库产生显著影响(“水文干旱”)。

示意图说明了干旱和相关过程的经典定义

图解说明了干旱和相关过程的经典定义。降水不足是大多数干旱事件的最终驱动因素,这些不足会随着时间的推移在水文循环中传播。其他气候变量,特别是温度,也会影响农业和水文干旱。来源:库克等人(2018)

上述定义表明,干旱很少有沉淀 - 雨,冰雹,雨夹雪和/或雪 - 单独。例如,温暖的温度可以增加从表面蒸发水分,增加降水的分数落入雨中而不是雪,并推进了时间融雪的季节在春天。植被,土壤类型和地形都可以通过拦截和保持(或不持有)雨水的方式影响干旱。

人类在用水方面也发挥着关键作用(例如,灌溉农田和从长期存在的地下水中取水),并通过砍伐森林、扩大农田和城市发展改变地表。

因为定义干旱有很多方法,所以量化干旱也有很多方法。这些“指数”考虑了可以直接或间接测量的不同变量,如降水、温度、蒸发、土壤湿度、河流流量和水库水位。

例如,最常见的之一是帕尔默干旱严重性指数(PDSI)。这一方法使用了蒸散量(主要根据温度计算)和降雨数据的每月估计数,以及关于土壤持水能力的信息。

也可以使用多个干旱指示器。例如,美国干旱监测根据五种不同的指数(包括PDSI)结合干旱影响和来自专家观察员的当地报告,对干旱严重程度进行分类。如下图所示,它给出了干旱强度和影响的评分,从“D0 -异常干旱”(黄色阴影)到“D4 -异常干旱”(栗色阴影)。

截至5月10日,美国各地干旱严重程度。干旱强度由阴影颜色表示,从无(白色)到异常干旱(栗色)。信贷:美国干旱监测

检测和归因

对干旱的多数贡献因素意味着识别气候变化有时微妙的信号是棘手的。

部分由于这个原因第五次评估报告2013年政府间气候变化专门委员会(IPCC)的结论是存在信心不足(pdf)干旱的任何显著趋势都可以被探测到或归因于气候变化。

然而,从那时起,检测和归属的科学 - 关注识别气候188bet博彩公司怎么样系统的变化及其原因 - 已经提出了大大提升。

最近使用最先进的模型和技术的研究表明,我们对干旱和气候变化的理解有了显着推进。这些研究,使用气候模型,观察记录和古爱目可放的信息明确表明,气候变化在最近的干旱方面发挥了作用。

例如,在地中海在地中海,气候变化导致的降雨中的降雨量增加了整个地区的干旱风险,扩大了最近的事件,包括前面的干旱叙利亚内战

在美国的太平洋沿岸,由于气候变化造成的温度升高,使得雪和土壤湿度的不足达到了破纪录的水平加利福尼亚州西北太平洋地区.在上科罗拉多河流域,气温上升甚至导致了重大河流流量亏损尽管降水量接近正常水平。

气候变化信号有不是每次干旱都能被探测到的,特别是在自然气候变化更复杂或了解较少的地区澳大利亚东非为例。但对许多地方来说,气候变化的影响无疑是显而易见的。

预测降水

随着气候变化已经对干旱产生影响,我们可以合理地预期随着气候温暖的进一步温暖而增加这种影响。和模型投影符合这一点。

下面的地图在高温方案下根据模拟提供了一些示例(“RCP8.5),使用了17个气候模型。它们显示了年降雨量(左上)、夏季降雨径流(右上)、夏季顶部10cm土壤湿度(左下)和夏季总土壤湿度(不同模式的不同深度;(右下)在1976-2005年和2070-99年之间。“径流”是指流经土地进入溪流和河流而不是渗入地下的降雨量。

阴影的颜色指示一个区域是否可能会获得湿润(蓝色)或干燥器(棕色)。

根据RCP8.5, CMIP5档案(2070-2099 - 1976-2005)中17个模式的本世纪末水气候变量百分比变化图

根据RCP8.5, CMIP5档案(2070-2099 - 1976-2005)中17个模式的本世纪末水气候变量的百分比变化。从左上顺时针方向移动:water-year (WY;北半球10 - 9月、南半球7 - 6月)降水(P),北半球夏季(6 - 7 - 8月;南半球12月- 1月- 2月)总径流,夏季近地表土壤水分(0.1m),夏季全柱土壤水分。在所有面板中,干燥趋势用棕色表示,湿润趋势用蓝色表示。孵化表明,模型结果之间的区域将很少一致。修订自Cook et al. (2018)

虽然预测通常不太一致的模式降雨量的变化温度他们确实表现出 - 毫不概念 - 为世界上许多地区增加了干燥和干旱风险。

最有可能受到不利影响的是欧洲和非洲的地中海地区,中美洲,美国西南部和南半球的亚热带。

这种干燥是由于气候变化造成的,气候变化迫使区域降雨量减少,但也来自温度升高的直接影响,增加了地表蒸发损失,导致早期融雪,将降水从雪转变为雨。

2018年2月,开普敦最大的水库——waterskloof水坝

2018年2月,开普敦最大的水库——waterskloof水坝。信贷:罗伯特主编

因此,即使在降雨变化可忽略不计的区域,预计将来会在未来的大大烘干以影响亚热带和中纬度的大区域。

当降雨真的发生时,它更有可能是更短、更强烈的爆发。这可能意味着夏季越来越有可能出现旱季,间或有强风暴。因此,由于更多的强降雨,许多地区的夏季径流实际上可能会增加。虽然这可能有利于河流、湖泊和水库的蓄水,但它不一定有助于缓解土壤水分不足和地下水短缺。

挑战和机遇

虽然干旱的未来——在某些情况下,目前——对水资源管理提出了重大挑战,但也有大量机会缓解最严重的影响。

其中包括加强水资源保护和利益攸关方合作的政策,利用丰水年的盈余(即使在最干旱的预测中,这种情况仍然存在),以及在许多地区减少温室气体排放对限制气候变化的程度和减少干旱风险的明显好处。

虽然物理气候系统的研究不能为一条路径或另一条路径提供建议,但他们确实突出了在世界上追究的世界所必需的挑战 - 而且在许多地方,干燥者 - 比任何人类都经历过过去的200年。

《气候变化与干旱:从过去到未来》,《当前气候变化报告》,2018,doi: 10.1007 / s40641 - 018 - 0093 - 2

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