西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响

doi:10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-03-0351

干旱气象 ›› 2023, Vol. 41 ›› Issue (3): 351-358.DOI: 10.11755/j.issn.1006-7639(2023)-03-0351

西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响

张强¹(), 杨金虎²(), 马鹏里², 岳平¹, 于海鹏³, 杨泽粟⁴, 王朋岭⁵, 段欣妤², 刘晓云¹, 朱飙², 张红丽⁶, 卢国阳², 王有恒², 刘卫平², 林婧婧², 刘丽伟², 闫昕旸¹

1.中国气象局兰州干旱气象研究所，甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室，甘肃兰州 730020
2.兰州区域气候中心，甘肃兰州 730020
3.中国科学院西北生态环境资源研究院，寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室，甘肃兰州 730000
4.成都信息工程大学大气科学学院，四川成都 610225
5.国家气候中心，北京 100081
6.天水师范学院资源与环境工程学院，甘肃天水 741001

收稿日期:2023-06-09 修回日期:2023-06-19 出版日期:2023-06-30 发布日期:2023-07-01
通讯作者: 杨金虎
作者简介:张强（1965—），男，甘肃靖远人，研究员，博士生导师，主要从事干旱气象、陆-气相互作用及区域气候变化等研究工作。E-mail: zhangqiang@cma.gov.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(42230611);国家自然科学基金项目(41975016);中国气象局创新发展专项项目(CXFZ2022J04);甘肃省自然科学基金项目(21JR7RA706);甘肃省自然科学基金项目(20JR10RA447)

The enhancement and eastward expansion of climate warming and humidification, formation mechanism and important environmental impacts in Northwest China

ZHANG Qiang¹(), YANG Jinhu²(), MA Pengli², YUE Ping¹, YU Haipeng³, YANG Zesu⁴, WANG Pengling⁵, DUAN Xinyu², LIU Xiaoyun¹, ZHU Biao², ZHANG Hongli⁶, LU Guoyang², WANG Youheng², LIU Weiping², LIN Jinjin², LIU Liwei², YAN Xinyang¹

1. Institute of Arid Meteorology， CMA， Key Laboratory of Arid Climate Change and Reducing Disaster of Gansu Province， Key Open Laboratory of Arid Climate Change and Reducing Disaster， CMA， Lanzhou 730020， China
2. Lanzhou Regional Climate Center， Lanzhou 730020， China
3. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources， CAS， Key Laboratory of Land Surface Process and Climate Change in Cold and Arid Regions， Lanzhou 730000， China
4. College of Atmospheric Sciences， Chengdu University of Information Technology， Chengdu 610225， China
5. National Climate Center， Beijing 100081， China
6. College of Resources and Evironmental Engineering， Tianshui Normal University， Tianshui 741001， Gansu， China

Received:2023-06-09 Revised:2023-06-19 Online:2023-06-30 Published:2023-07-01
Contact: YANG Jinhu

摘要/Abstract

摘要：

西北地区地处欧亚大陆腹地，水汽来源匮乏，干旱是其主要气候特征。近年来随着区域降水的不断增加，中国西北暖湿化问题引起国际及国内相关领域科学家和社会各界的广泛关注。为了揭示中国西北气候暖湿化增强东扩特征与形成机制及其重要环境效应，科学回应社会关切，研究团队利用多源融合数据，从多尺度、多维度对中国西北暖湿化问题开展全面深入研究，发现了西北湿化趋势具有显著的非线性增强特征，且湿化正在向东扩展，本世纪内西北仍维持暖湿趋势，明确了西北陆面蒸散对气候变暖具有特殊的负反馈机制，揭示了西北湿化趋势受多因子综合驱动机制;评估了西北暖湿化对区域生态环境、水资源、农业生产和粮食安全的重要影响及其互馈效应;提出了应对西北暖湿化的技术对策，形成了“西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响”系列研究成果。基于研究的重大决策咨询报告为新时代西部大开发和黄河流域生态保护和高质量发展等国家战略发挥了重要决策支撑，成果也受到国际学界广泛关注，并入选2022年度“中国生态环境十大科技进展”。

关键词: 暖湿化, 增强东扩, 形成机制, 环境影响, 西北地区

Abstract:

The northwest region of China is located in the hinterland of Eurasia, in which the source of water vapor is scarce, and drought is its main climatic feature. In recent years, with the continuous increase of regional precipitation, the warming and wetting in Northwest China has attracted great attention from all walks of life. In order to scientifically respond to social concerns, the team used multi-source data to conduct in-depth research on the phenomenon of warming and wetting in Northwest China from multi-scale and multi-dimensional perspectives, and found that the trend of wetting in Northwest China had significant and nonlinear enhancement characteristics. It is recognized that the wetting in Northwest China is expanding eastward, and the land surface evapotranspiration there has a special negative feedback mechanism on climate warming. It is estimated that the warming and wetting trend will still maintain in Northwest China in this century, and the wetting trend is driven by multi-factor comprehensive driving mechanism. The multi-aspect impacts of the warming and wetting in Northwest China are evaluated, and the technical countermeasures to deal with the warming and wetting there are put forward, and the research results of “the enhancement and eastward expansion of climate warming and humidification, formation mechanism and important environmental impacts in Northwest China” are formed. The major consultation report based on the research results has played an important decision-making support for the national strategies such as the development of the western region in the new era and the ecological protection and high-quality development of the Yellow River Basin. The research results were selected as “China's Top Ten Scientific and Technological Progress in Ecological Environment” in 2022, and have also received extensive attention from the international academic communities.

Key words: warming and wetting, enhancement and eastward expansion, formation mechanism, environmental impact, Northwest China

中图分类号:

P467

张强, 杨金虎, 马鹏里, 岳平, 于海鹏, 杨泽粟, 王朋岭, 段欣妤, 刘晓云, 朱飙, 张红丽, 卢国阳, 王有恒, 刘卫平, 林婧婧, 刘丽伟, 闫昕旸. 西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响[J]. 干旱气象, 2023, 41(3): 351-358.

ZHANG Qiang, YANG Jinhu, MA Pengli, YUE Ping, YU Haipeng, YANG Zesu, WANG Pengling, DUAN Xinyu, LIU Xiaoyun, ZHU Biao, ZHANG Hongli, LU Guoyang, WANG Youheng, LIU Weiping, LIN Jinjin, LIU Liwei, YAN Xinyang. The enhancement and eastward expansion of climate warming and humidification, formation mechanism and important environmental impacts in Northwest China[J]. Journal of Arid Meteorology, 2023, 41(3): 351-358.

图/表 6

图1 1961—2018年西北地区降水（a）和干燥度指数（b）变化（Zhang et al.，2022）

Fig.1 Changes of precipitation and aridity index from 1961 to 2018 in Northwest China （Zhang et al.， 2022）

图2 1961—2020年西北地区降水空间变化趋势（Zhang et al.，2022）（黑色粗实线为降水西增东减分界线;红色圆点为减少趋势，绿色圆点为增加趋势;填色为地形高度，单位：m）（a）1961—1990年，（b）1971—2000年，（c）1981—2010年，（d）1991—2020年

Fig.2 The spatial change trend of precipitation in Northwest China from 1961 to 2020 （Zhang et al.， 2022）（The thick black line is the dividing line between precipitation increasing in the west and decreasing in the east; the red dots for decreasing trend， and the green dots for increasing trend; the color shaded for terrain height， Unit： m）（a） 1961-1990，（b） 1971-2000，（c） 1981-2010，（d） 1991-2020

图3 1982—2011年西北地区地表蒸散的增温倾向率随降水的变化（Zhang et al.，2019b）

Fig.3 The change of warming tendency rate of surface evapotranspiration as precipitation in Northwest China from 1982 to 2011 （Zhang et al.， 2019b）

图4 1961—2100年西北地区温度（a）与降水（b）的年际变化（Zhang et al.，2022）

Fig.4 Inter-annual change of temperature （a） and precipitation （b） in Northwest China from 1961 to 2100 （Zhang et al.， 2022）

图5 变湿综合指数的多时间尺度变化（a）、环流指数与变湿综合指数的年代际变化（b）、垂直速度与水汽净通量及标准化降水指数的年际变化（c）和降水与温度影响蒸散的机制示意图（d）（Zhang et al.， 2019b; Zhang et al.， 2021; Zhang et al.， 2022）

Fig.5 Multi-time scale changes of humidification composite index （a）， the decadal change of circulation index and humidification composite index （b）， the inter-annual change of vertical velocity and net water vapor flux， standard precipitation index （c） and the schematic diagram of influence mechanism of precipitation and temperature on surface evapotranspiration （d）（Zhang et al.，2019b;Zhang et al.，2021;Zhang et al.，2022）

图6 西北地区两时段湿润度指数等值线（a）、1982—2015年NDVI变化趋势[b，红色为减少趋势，绿色为增加趋势;单位：（10 a）-1]（填色为地形高度，单位：m）及标准化的内陆河径流量（c）与湖泊面积（d）、祁连山积雪（e）、极端降水事件（f）年际变化（Zhang et al.，2021;张强等，2023）

Fig.6 The isolines of moisture index for two periods （a）， the NDVI change trend from 1982 to 2015 （b， the red dots for decreasing trend， and the green dots for increasing trend; Unit：（10 a）-1）（the color shaded for terrain height，Unit： m） and inter-annual change of standardized inland river runoff （c） and lake area （d）， snow cover of the Qilian Mountain （e） and extreme precipitation event （f） in Northwest China （Zhang et al.， 2021; Zhang et al.， 2023）

参考文献 31

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西北地区气候暖湿化增强东扩特征及其形成机制与重要环境影响

The enhancement and eastward expansion of climate warming and humidification, formation mechanism and important environmental impacts in Northwest China

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