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中科院之声:我国西北变“暖湿”了没?
3. 地区的干湿状况如何判断?
一个地方的干湿状况取决于多个因子,最主要的参数是降水量和蒸发量,简单来说,如果降水量超过潜在蒸发量,则这个地方气候湿润,反之该地气候特征为干旱。因此衡量一个地区的干湿变化,并不简单基于降水,而是要综合考虑降水和蒸发的共同作用,考核干旱指数的变化情况。常用的干旱指数包括标准化降水指数(SPI)、标准化降水蒸散发指数(SPEI)、自适应帕默尔指数(scPDSI)、DSI等。
图2. 敦煌气象局大型蒸发器(E-601B型蒸发器),干旱的敦煌年潜在蒸发量约为2500毫米。
西北地区(以新疆、甘肃西部、内蒙古西部为主体)是全球最干旱的区域之一,距离四大洋都非常遥远:南边与印度洋隔着西藏高原,东边与太平洋隔着黄土高原、蒙古高原和河西走廊,西边与大西洋隔着欧洲大陆、乌拉尔山和帕米尔高原,北边与北冰洋隔着阿尔泰山脉和天山山脉。这些地方降水稀少,绝大多数地区年降水不足100毫米,部分地区年降水甚至不足50毫米。
然而这一区域是我国日照和太阳辐射最强的区域,蒸发量非常大,潜在蒸发量可以超过2000毫米。这意味着即使有长江流域的年降水量(1000-1200毫米),也不足以应对这里强大的蒸发量,因此干旱和水资源紧缺是西北地区的最重要特征。
图3. 用潜在蒸发量与降水量之差表示的干湿指数(单位:mm),如果某地蒸发量大于降水量,则气候特征为干旱,反之,如果蒸发量小于降水量,则这个地方气候湿润。西北地区蒸发量远大于降水量,是极端干旱的区域。所谓“春风不度玉门关”,西北的水汽来源主要来自于西风带。
由于降水与潜在蒸发差了一个数量级,因此西北变“湿”基本上是个伪命题,只要降水量还远远小于潜在蒸发量,任何降水的增加只是意味着极端干旱状况的些许缓解,并不能说明西北变得“暖湿”起来。做一个简单的估计,西北地区干湿状况要发生质的变化,年降水量需要达到至少500mm以上,目前没有任何一个研究可以支持这样大幅度的变化。
有一点值得注意,在考察干旱/湿润化变化中,各个干旱指数特征有所差别,其核心是如何考察温度、太阳辐射、风速和水文变化等导致的蒸发的变化,有些干旱指数不考虑温度变化,有些干旱指数不考虑水文过程,有些参数依赖于陆面模式的模拟性能,在计算潜在蒸发时,也有不同的计算方案,这些都会影响对于干湿趋势变化的判断。
4. 西北地区干湿变化情况怎么样?
如果仅仅考察降水变化,在上世纪80年代中期之后,西北绝大多数地区降水确实有所增加,Wei and Wang (2013)分析西北47个气象观测站年平均降水量,结果表明,在1960-1986之间的平均年降水量为110mm,而1987-2009之间增加到134mm,增幅达到20%,降水确实有所增加。
在此期间,西北的温度也随之增加,温度增幅不仅比全球平均高,而且也高于中国东部区域,1960-76的平均温度约为7.33度,而1997-2009平均温度达到8.69度,增加了1.36度,尤其是2000年之后的增速达到每十年约0.6度,增幅远超全球平均数值的每十年约0.177度。
增温带来潜在蒸发的变化,这47个站的平均潜在蒸发在90年代中期以前约为675mm,而在90年代中后期之后增加到720mm以上,增加约45mm,增幅远超过了降水的增幅(24mm)。
图4. 1960-2013年期间西北47个测站年平均降水量变化序列,80年代中期之后降水比之前有大幅增加,图片来自于Wei and Wang (2013)。
图5. 1960-2013年期间西北47个测站年平均温度变化序列,增温趋势明显,图片来自于Wei and Wang (2013)。
图6. 1960-2013年期间西北47个测站年平均潜在蒸发的变化序列,90年代中期有突变增加, 图片来自于Wei and Wang (2013)。
综合考虑降水和蒸发之后,可以计算反应干湿变化的干旱指数,图7是把90年代末前后的两个气候态干旱指数(SPEI)做差,从而确定这段时间的干湿变化情况。红色表示干旱化持续发展,干旱指数的分析并不支持西北向更湿发展。
图7. 1997年前后干旱指数SPEI的变化,红色圆点表示干旱化持续发展,图片来自于Wei and Wang (2013)
- 原标题:我国西北变“暖湿”了没?
- 责任编辑: 李焕宇 
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