氣候變暖不會造成未來全球乾旱區面積擴張

乾旱區是全球氣候變化最敏感的地區之一。乾旱區水資源匱乏，土壤貧瘠，生態環境脆弱，氣候變暖速率高於全球平均水平，這使得乾旱區的植被分佈稀疏。目前，全球乾旱區（沙漠、草地、灌木和稀樹草原等）約佔陸地面積的40%。據學術界預測，隨著氣候變暖，全球乾旱區的面積將迅速增加，土地荒漠化程度也將進一步加劇。這種預測依賴乾旱地區的大氣替代指標——大氣乾旱指數（Aridity Index， AI），即降水量佔潛在蒸散發量的比例。但是遙感觀測結果卻顯示，1980—2020年全球乾旱區的植被生產力顯著提高。氣象乾旱加劇和乾旱地區生態系統綠化為何同時發生？在未來氣候變暖背景下，利用AI指數來定義乾旱區是否合理？未來乾旱區的範圍將如何變化？對於這些問題，目前科學界尚存爭議。2021年3月，《自然》子刊先後發表了兩篇文章，探討了氣候變暖對全球乾旱區的影響。研究結果均顯示，氣候變暖不會造成未來全球乾旱區面積擴張，這一研究結論挑戰了先前的主流觀點。這兩篇文章的主要內容如下：

來自中國北京大學（Peking University）、中國科學院青藏高原研究所（Institute of Tibetan Plateau Research）、美國科羅拉多州立大學（Colorado State University）等機構的研究人員，綜合利用地面觀測資料、遙感資料和地球系統模型，結合早期建立的基於氣候態空間資訊的經驗模型，從大氣、土壤、徑流、植被和社會經濟5個維度，系統研究了全球乾旱區的演變歷史和未來趨勢，釐清了不同圈層乾旱變化的差異及其機制。研究結果顯示：①自1950年以來以及不久的將來，大氣、農業、水文和生態的乾旱指數將顯示出很大的差異。其中，大氣與水文乾旱指標顯示，全球氣候乾旱區和水文乾旱區正快速擴張，但水文乾旱區的擴張速度慢於氣候乾旱區。而生態乾旱指數卻顯示全球植被幹旱區正縮小。②儘管變暖加劇了水汽壓差，在觀測和預測中大氣會透過加速蒸散發等陸地-大氣反饋，增加對水的需求，但目前這些變化尚未加劇土壤水分和徑流的虧缺。③自20世紀80年代以來，許多幹旱生態系統已表現出明顯的綠化和植被生產力的提高。大氣二氧化碳濃度升高是乾旱區植被生長趨好的關鍵因素。二氧化碳濃度升高時植物葉片氣孔導度降低，植物可用更少的失水代價換取等量的碳，從而大幅度降低生態系統對水分的需求，並補償較高的蒸汽壓虧缺對植物生長的不利影響，這是乾旱地區生態系統綠化和大氣乾燥共同存在的主要原因。④在二氧化碳升高的情況下，植物生理誘導的蒸散量降低，減輕了水分對植物生長的壓力，加之土壤水分的強烈限制，減緩了土壤中水分的流失和徑流減少，使乾旱地區的大氣乾燥和水文響應中斷，使近地表的空氣變得更加溫暖和乾燥。⑤隨著氣候快速變化和人口增長，到2090年，乾旱地區的人為需水量預計將增加270%，這將加劇當前的水資源短缺。⑥由於未來的缺水主要是由不斷增長的需水量驅動的，因此，國際社會需要透過可持續的水資源管理措施和節水技術來減少對水資源的需求，以推動旱地生態系統的健康發展。相關研究成果《變暖世界中旱地乾旱變化的多方面特徵》（Multifaceted Characteristics of Dryland Aridity Changes in a Warming World）於2021年3月9日發表於《自然綜述·地球與環境》（

Nature Reviews Earth & Environment

）上。

來自美國哈佛大學（Harvard University）的研究人員從水分條件對植被生產力及其他植被過程的限制作用角度切入，根據耦合模型比對專案第5階段（CMIP5）模式結果定義了一個新的指數——生態水文指數（Ecohydrological Index， EI），然後分別將AI和EI兩個指數應用於CMIP5氣候模式，對比分析了預測結果。研究結果顯示，AI氣候模式大幅高估了未來全球乾旱區的擴張。EI氣候模式預測表明，氣候變暖背景下未來全球乾旱區的面積幾乎沒有變化。這與以前基於AI的預估結果相反，造成這種差異的主要原因是兩個指數對於水文氣候變化的敏感性不同，並且對於二氧化碳的施肥效應的響應過程也是相反的。相關研究成果《在溫室變暖下沒有預期的全球旱地擴張》（No Projected Global Drylands Expansion under Greenhouse Warming）發表於2021年3月11日出版的《自然·氣候變化》（

Nature Climate Change

）上。

轉載本文請註明來源及作者：中國科學院蘭州文獻情報中心《

氣候變化動態監測快報

》2021年第7期，

董利蘋

編譯。