對IPCC第六次評估報告中有關干旱變化的解讀

姜大膀　王曉欣

摘要 政府間氣候變化專門委員會（IPCC）于2021年8月發布了第六次評估報告（AR6）自然科學基礎卷的決策者摘要，主要對自2013年第五次評估報告（AR5）以來的氣候變化科學研究進展進行了系統的評估，并使用新一代氣候模式在新的共享社會經濟路徑情景下對未來氣候變化進行了預估。本文基于AR5和AR6相關章節素材，解讀了干旱變化的評估結論。

關鍵詞政府間氣候變化專門委員會（IPCC）;評估報告;氣候變化;干旱

干旱對社會經濟和生態系統等方面有重要的影響，是氣候變化研究領域的前沿問題。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報告（AR6;Douville et al.，2021）評估了有關全球和區域尺度上干旱變化的科研工作，包括觀測到的變化及其原因、未來變化預估及其不確定性、以及發生突變的可能性。以下是主要評估結論。

1 干旱變化的物理基礎

干旱與溫度、降水、風速、濕度和植被等要素密切相關，按照其成因和影響可以分為不同類型，主要包括氣象干旱、水文干旱、生物物理干旱、農業生態干旱等。AR6指出，基于歷史觀測和21世紀模式模擬試驗，全球尺度上陸地升溫造成了大氣蒸發需求和干旱事件強度的增加（高信度）;陸地增溫幅度高于海洋進而影響了大氣環流，總體上使得近地表的相對濕度降低，導致區域性干旱事件的發生（高信度）;大氣中CO2的增加可以促進植物生長和提高水分利用效率，但是對這些因素如何共同影響區域水循環變化的認識當下只有低信度。

2 觀測的干旱變化及原因

第五次評估報告（AR5;IPCC，2013）指出，第四次評估報告（AR4;IPCC，2007）關于20世紀70年代以來全球干旱增加趨勢這一結論可能被夸大了，并且由于觀測的不確定性、在干旱長期趨勢中辨別年代際尺度變率的困難，20世紀中期以來全球陸地干旱變化可歸因于人類影響的結論只具有低信度。

自AR5以來，新的衛星產品、陸面再分析資料和陸面模式被用來研究全球范圍內土壤濕度的變化。AR6指出，人為強迫很可能影響了20世紀全球尺度的土壤濕度變化，主要通過增加蒸散發和/或大氣蒸發需求。溫度升高、相對濕度降低、凈輻射增加聯合導致了大氣蒸發需求增加，進而引起蒸散發增大（高信度）;這造成了旱季全球陸地大部分區域可用水量的減少，這其中有人類活動的影響（中等信度）。干旱在不同區域上變化趨勢的信度和歸因結果差別很大。降水不是影響過去幾十年全球尺度上干旱趨勢的主要驅動因素（中等信度），但它在少數區域主導了干旱趨勢（南美東北部：高信度;非洲大部、南美季風區、南美南部、亞洲南部：中等信度）。幾乎全球陸地區域（中等信度）都觀測到農業生態干旱的增加，除了澳大利亞北部（中等信度）;一些區域亦觀測到了水文干旱的增加趨勢（地中海：高信度;非洲西部、亞洲東部、澳大利亞南部：中等信度）。有證據表明，人類引起的氣候變化造成了地中海和北美西部農業生態干旱、地中海水文干旱的增加（中等信度）。整體上，過去幾十年以來，地中海、北美西部、非洲南部和澳大利亞西南部干旱頻率和強度的增加可以歸因于人為全球變暖（高信度）。古氣候證據表明，在北美西部和地中海局部，最近的氣候變暖已經引發了與過去千年代用資料重建結果中相近或更為嚴重的干旱（中等信度）。

3 未來干旱變化預估

AR5指出，與水循環的其他方面相比，在全球和區域尺度上，對以土壤濕度來表征的干旱的預估不確定性更大;在高典型濃度路徑RCP8.5情景下，當前干旱區的干旱程度到2100年可能會增加（中等信度），這與預估的全球和區域尺度上土壤濕度下降有關;土壤濕度可能在地中海、美國西南部和非洲南部減少的最為顯著。

國際耦合模式比較計劃第六階段（CMIP6）模式對干旱的預估與之前CMIP5模式的預估在很大程度上一致。AR6指出，飽和水汽壓虧缺和蒸發需求在21世紀將會增加，并且幅度在更高社會經濟共享路徑（SSP）下更大（高信度）（圖1）。在包括地中海、非洲南部、北美西南部、南美西南部、澳大利亞西南部以及中美洲和亞馬孫盆地的半干旱、冬季多雨地區，土壤濕度在21世紀將會減少（高信度）。通常情況下，這些地區由于降水減少（中等信度）和蒸發需求增加（高信度），將變得更干燥。同樣在以上地區，干旱的持續時間和/或嚴重程度可能會增加（高信度）。預估的干旱變化幅度與不同的排放情景緊密相關（高信度），但即使在低SSP情景下，干旱亦將發生很大變化（高信度），并對區域水資源供應、農業和生態系統造成影響。在地中海、智利中部、北美西部，未來的干旱化程度將遠高于過去千年的變化（高信度）。

同時，隨著全球變暖，干旱發生頻率增多、強度增加、影響范圍隨之擴大（高信度）。AR6報告（Seneviratne，et al.，2021）強化了《IPCC全球升溫1.5 ℃特別報告》（SR15;IPCC，2018）的結論，即使全球變暖水平穩定在1.5～2.0 ℃（高信度），一些地區仍將經歷更頻繁和更嚴重的農業生態干旱，受影響最嚴重的地區包括歐洲中西部、地中海、澳大利亞東部和南部、南美洲大部、中美洲、北美中部、非洲西南部（中等信度）。當全球變暖達4 ℃時，約50%的人類居住區將受到農業生態干旱影響（歐洲中西部、地中海、澳大利亞大部、亞洲大部、中美和南美大部、北美大部、非洲南部：中等信度或更高），只有非洲東北部和亞洲南部將經歷更少的農業生態干旱（中等信度）。相比較而言，氣象干旱的影響區域總體上要小于農業生態干旱的影響范圍。在有限的土壤濕度和大氣蒸發需求增強的條件下，利用增加的大氣CO2濃度能提高植物水分利用效率（中等信度），從而緩解極端農業生態干旱（低信度）。在更高排放情景下，特別在全球變暖超過4 ℃水平下，受土壤濕度限制及相關干旱條件影響，一些地區的陸地碳匯的效率將降低，這具有高信度。

4 與干旱相關的水循環預估的不確定性

自AR5以來，新一代氣候和地球系統模式對大尺度大氣環流等方面的模擬能力有一定改進，但它們在準確模擬當前水循環和預估其未來變化的一致性方面仍存在局限性（高信度）。AR6指出，全球氣候模式水平分辨率的提高可以改進其對小尺度過程和日降水量的模擬能力（高信度）。高分辨率的全球、區域和水文模式對地形、植被和土地利用變化等陸面條件有更精確的描述，使得它們對陸地水循環變化的模擬更加準確（高信度）。在多數區域，陸面過程仍然是模式模擬陸地水循環變化不確定性的重要來源（中等信度）。氣溶膠微物理效應對于未來降水變化預估的影響僅具有低信度。

具有高信度的是，內部氣候變率將繼續是短期水循環預估不確定性的主要來源。在多數陸地區域，由于內部氣候變率通常難以預測，對水循環的年代際預測僅具有低信度。已經從內部變率中顯現出來的水循環變化將在近期變得更加明顯，除非大型火山爆發的冷卻效應引起水循環的暫時性變化（高信度）。與其他來源相比，火山爆發不是未來水循環變化預估不確定性的主要來源（高信度）。

非線性的大氣和陸面過程也是未來水循環變化預估不確定性的來源。具有高信度的是，全球變暖幅度每增加0.5 ℃，大尺度環流和降水的變化將會增強。由于多種強迫和不同時間尺度之間的相互作用（高信度）和非線性大氣過程（中等信度），區域水循環變化可能與全球變暖之間具有非線性關系。例如，地中海地區的干旱對大尺度大氣環流的快速變化高度敏感，因此容易受到這種非線性的影響。

5 可能存在的與干旱相關的水循環突變

AR6指出，不能排除人類影響引發的水循環突變。古氣候記錄顯示，大西洋經向翻轉環流（AMOC）崩潰會造成全球水循環的突變（高信度）。到2100年，在低信度下，AMOC會發生崩潰，如果這種情形發生，則很可能會使全球水循環產生突變。陸面正反饋過程，包括植被、沙塵和雪，可以引起干旱的突變，但這種突變將在21世紀發生僅具有低信度。目前僅有限的證據表明亞馬孫森林砍伐可以導致區域水循環的快速變化，所以在2100年之前發生這一突變僅具有低信度。另外，太陽輻射管理（SRM）技術可以驅動水循環的突變（高信度）。如果SRM技術迅速實施或突然終止，很可能會導致水循環突變，尤其在熱帶地區。

6 小結和討論

總體上，AR6報告基于更新的衛星數據、時間更長且覆蓋面更廣的觀測及再分析資料、更加先進和豐富的CMIP6模式模擬試驗，量化給出了全球和區域尺度上的干旱變化;相比于AR5，AR6有關人類活動影響全球和區域尺度上干旱變化這一結論更加確定。

CMIP6多模式之間由于模式動力框架和物理過程等方面的不同，預估結果彼此間仍存在差異。隨著氣候和地球系統模式的發展，耦合的分量模式增加，存在的不確定性因子亦增多，從而影響預估的準確性。如何在氣候變化預估中準確量化不確定性，是未來需要重點關注的科學問題。

參考文獻（References）

Douville H，Raghavan K，Renwick J，et al.，2021.Water cycle changes [M/OL]//IPCC.Climate change 2021：the physical science basis.Cambridge：Cambridge University Press.（in press）.

IPCC，2007.Climate change 2007：the physical science basis[R].Cambridge：Cambridge University Press.

IPCC，2013.Climate change 2013：the physical science basis[R].Cambridge，UK and New York，USA：Cambridge University Press.

IPCC，2018.“Summary for Policymakers” in global warming of 1.5 °C.An IPCC special report on the impacts of global warming of 1.5 °C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways，in the context of strengthening the global response to the threat of climate change，sustainable development，and efforts to eradicate poverty[R].Korea.

Knutti R，Sedlcˇek J，2013.Robustness and uncertainties in the new CMIP5 climate model projections[J].Nature Climate Change，3：369-373.

Seneviratne S，Zhang X，Adnan M，et al.，2021.Weather and climate extreme events in a changing climate [M/OL]//IPCC.Climate change 2021：the physical science basis.Cambridge：Cambridge University Press.（in press）.

A brief interpretation of drought change from IPCC Sixth Assessment Report

JIANG Dabang，WANG Xiaoxin

Institute of Atmospheric Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China

In August 2021，the Intergovernmental Panel on Climate Change （IPCC） released the Summary for Policymakers of the Physical Science Basis in the Sixth Assessment Report （AR6），which mainly made a systematic assessment of the scientific research progress of climate change since the Fifth Assessment Report （AR5） in 2013，and used the new generation climate model to project future climate change under the new shared socio-economic path scenario.Based on the materials of relevant chapters in AR5 and AR6，this paper interpreted the assessment conclusion of drought change.

Intergovernmental Panel on Climate Change （IPCC）;assessment report;climate change;drought

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20210810007

（責任編輯：張福穎）