近日，南京信息工程大学水文与水资源工程学院、水利部水文气象灾害机理与预警重点实验室袁星教授团队在《Science》杂志发表研究长文“A global transition to flash droughts under climate change”（论文链接：https://doi.org/10.1126/science.abn6301），揭示气候变化影响下全球干旱由缓旱向骤旱转变的特征，并发现迅速爆发的骤旱或将成为未来干旱的“新常态”。《Science》杂志将该论文选为同期亮点成果，并撰写观点文章进行评论。
干旱的发生发展通常持续几个月、几年甚至更长时间。然而，近年来一种爆发迅速的干旱——“骤旱”，愈发频繁地在全球范围爆发（图1），如2022年我国长江流域特大骤旱和2012年美国中西部平原特大骤旱。不同于发生缓慢的传统干旱，骤旱通常在数周内即发展至重度干旱，能够迅速降低陆地生态系统的碳汇功能并导致湖泊等水体迅速干涸，严重影响生态环境和水资源安全，同时为干旱监测预警与旱灾应急管理带来严峻挑战。近期已有研究表明，骤旱在全球不同地区存在增加趋势。然而，由于气候变化背景下缓慢发展的干旱也可能增加，全球干旱是否已向骤旱转变尚不明朗。
鉴于此，袁星教授团队利用干旱爆发速度将次季节尺度的干旱划分为缓旱和骤旱，并利用骤旱比例的变化描述次季节干旱的转变特征。研究发现，在政府间气候变化专门委员会极端事件特别报告（IPCC SREX）划分的区域中，全球74%的IPCC SREX区域在过去64年间骤旱比例及干旱爆发速度均呈上升趋势（图2）。伴随着骤旱比例及爆发速度显著增加，欧洲、北亚、萨赫勒以及南美西海岸等地区正经历着由缓旱向骤旱的平稳转变，骤旱风险不断加剧。相比于缓旱，骤旱爆发阶段在全球范围均伴随着更严重的降水短缺，而蒸散发则在欧洲、中国南方、北美东部和西北部以及亚马逊等湿润地区加剧更为显著。基于第五次和第六次耦合模式比较计划以及大样本集合的模拟数据，利用最优指纹法展开检测与归因分析，发现过去64年中全球次季节尺度干旱的爆发速度显著加快，存在由缓旱向骤旱的转变，而这一转变与人为气候变化引起的蒸散发异常和降水短缺异常显著加剧密切相关。在未来时段，受全球持续升温的持续影响，次季节尺度干旱的爆发速度将进一步增加，缓旱向骤旱的转变将扩展至全球绝大多数陆地区域，且温室气体排放越高转变越显著。
干旱爆发速度的加快为干旱监测、预报、预警与防御带来了新的挑战。未来，亟需系统研究骤旱爆发的物理机制，寻找骤旱的可预报性来源，为更好理解和预测骤旱及其变化提供理论基础；同时，需要加强多源数据融合技术，构建高时空分辨率、高精度的骤旱监测系统；进一步，需要研发能够刻画骤旱快速爆发过程的高分辨率陆面-生态-水文过程集成模型，发展适用于骤旱的精细化预报预警平台。此外，由于骤旱爆发过程中通常伴随着高温热浪，陆地生态系统可能因无法适应突发的严重水分亏缺和高温异常而遭受不可逆转的影响。需要加强次季节尺度干旱-植被相互作用研究，探究骤旱对植被碳汇功能的影响。
该论文第一和通讯作者为袁星教授，合作者包括南京信息工程大学水文与水资源工程学院研究生王钰淼和季鹏副教授、英国气象局武培立研究员、南安普顿大学Justin Sheffield教授以及威斯康星大学麦迪逊分校Jason A. Otkin博士。该研究受到国家自然科学基金面上项目41875105、国家重点研发计划专项课题2018YFA0606002和2022YFC3002803、江苏省杰出青年基金项目BK20211540等资助。
图1 骤旱爆发示意图
图2 IPCC极端事件特别报告（SREX）各分区中骤旱比例（A, C）及次季节干旱爆发速度（B, D）的历史（A, B; 1951-2014）和未来（C, D; 2015-2100）变化趋势（引自Yuan et al., Science, 2023）