1992-2020年4-6月中亞南部土壤濕度變化趨勢，黑色為不同土壤濕度産品平均結果，紫色為外強迫作用結果，橙色為外強迫和IPO位相轉換共同作用結果。 中科院大氣所 供圖

中新網北京1月13日電 (記者 孫自法)近30年來，中亞農業幹旱加劇，這究竟是什麼原因導緻？“元兇”是誰？中國科學家最新完成的一項研究予以“破案”稱，氣候系統内部變率和人類活動的共同作用是加劇近30年中亞農業幹旱的“罪魁禍首”。

由中國科學院大氣物理研究所(中科院大氣所)周天軍研究員課題組完成的這項氣候系統影響及其與農業關聯研究的重要成果論文，北京時間12日夜間在國際專業學術期刊《自然-地球科學》發表。

論文通訊作者周天軍研究員介紹說，農業幹旱是指由于降水不足和蒸發過度而導緻的土壤水分虧損，在生長季會影響作物生産和生态系統功能。2021年春末夏初，中亞大部分地區遭受嚴重農業幹旱，對農業和畜牧業造成嚴重影響，這引發人們對農業幹旱的成因及其未來可能變化問題的高度關注。

不過，2021年的中亞極端農業幹旱并非一次偶然事件，在過去30年中，受當地溫度持續升高和降水減少的影響，中亞土壤濕度在生長季初期顯著降低，農業幹旱加劇，令該地區面臨嚴峻的生态環境挑戰。而理解中亞農業幹旱長期變化的成因，是可靠預測其未來變化的先決條件。

不同模式模拟和預估的4-6月中亞南部土壤濕度變化，圖為相對當前氣候态(1995-2014年)異常值。 中科院大氣所 供圖

課題組進行深入研究發現，人為外強迫和太平洋年代際振蕩(IPO)主導的氣候系統内部變率通過調控溫度和降水的變化，共同導緻過去30年中亞南部地區農業幹旱在生長季初期(4-6月)變強。其中，人為外強迫是指人為溫室氣體和氣溶膠排放，以及土地利用造成的地表反照率、粗糙度等變化，IPO則是太平洋海溫一種20-30年準周期的年代際振蕩現象。

周天軍指出，土壤濕度是表征農業幹旱的直接指标，其變化由溫度和降水變化共同決定；溫度和降水的長期變化受人為外強迫和氣候系統内部變率的共同影響。此次研究工作利用多套大樣本的氣候模式集合模拟試驗，結合觀測數據，有效分離了人為外強迫和氣候系統内部變率在生長季初期對中亞南部土壤濕度長期變化的影響。

他們的研究發現，在溫室氣體排放引起的輻射強迫主導下，過去半個世紀以來中亞地區快速升溫，土壤水分蒸發蒸騰加強，土壤濕度降低。同時，中亞南部生長季初期土壤濕度的變化還受到IPO的調控。近30年IPO的位相轉換，造成中亞南部春季降水減少，這也加劇随後生長季初期土壤濕度的降低。

論文第一作者、中科院大氣所博士後江潔表示，綜合觀測數據、氣候模拟數據分析和物理機制理解，課題組定量估算出人為外強迫和IPO對1990年代以來中亞南部土壤濕度變化的貢獻，發現二者對曆史變化的貢獻彼此相當，氣候系統内部變率加劇了人為因子引起的近30年中亞農業幹旱的增強趨勢。

與此同時，在一種高溫室氣體排放情景(RCP8.5)下，由于人口增多、技術革新率不高和能源結構調整緩慢，導緻長時期的高能源需求及高溫室氣體排放，中亞地區未來将快速增溫。受增溫影響，中亞南部農業幹旱未來将進一步加劇。雖然IPO能夠調節未來幾十年農業幹旱變化的幅度，但難以逆轉人類活動導緻的農業幹旱長期增強趨勢。這一結果凸顯了未來溫室氣體減排工作對于緩解和遏制幹旱化加劇趨勢的重要性。

江潔介紹說，氣候預估本質是考察氣候系統對輻射強迫的響應問題，因此傳統上多關注世紀尺度的長期變化态勢，但應對氣候變化的科學決策需要進一步給出近期、中期和長期的幾十年平均的氣候狀況，這就需要考慮IPO等氣候系統固有的幾十年尺度的内部變率的影響。本項研究針對農業幹旱預估問題，提供出一種定量估算内部變率潛在影響的方案。

江潔強調，此前的研究發現，在不同氣候預估情景下，伴随着大氣中水汽的增多，中亞地區春季降水将顯著增多。然而，降水的增加并不就一定意味着幹旱的減輕，因為還需要考慮蒸散發的影響，而同時考慮降水和蒸散發的幹旱指數表明，21世紀中亞地區氣象幹旱會更加嚴重。課題組這次研究分析發現，在人為外強迫影響下，盡管未來春季降水增多，但由于溫度升高導緻的蒸發蒸騰的加強，由土壤濕度所表征的農業幹旱依然将加劇。

“中亞是絲綢之路沿線的氣候敏感區，農業在該地區的國民經濟發展中占據重要地位，農業幹旱的加劇勢必對社會經濟發展造成嚴重影響。”江潔提醒，除農業幹旱以外，還有越來越多的研究證據表明，若不采取切實有效的溫室氣體減排措施，未來中亞地區還将面臨愈發嚴峻的氣象幹旱和水文幹旱的影響。多種類型幹旱的共同影響，也意味着中亞地區需要有相應的風險管理計劃，以有效應對氣候變化的影響。(完)