為干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境整治提供科學(xué)支撐

蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳發(fā)虎院士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性提出亞洲中部干旱區(qū)氣候變化規(guī)律的“西風(fēng)模態(tài)”及其形成的物理機(jī)制。該成果近日發(fā)表于國(guó)際地學(xué)期刊《地球科學(xué)評(píng)論》。

論文的通訊作者中科院陳發(fā)虎院士說，在氣候變化學(xué)界，季風(fēng)及其氣候效應(yīng)的研究比較早，季風(fēng)變化模式已基本形成共識(shí)。1996年，陳發(fā)虎在研究干旱區(qū)氣候變化時(shí)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域濕度演變過程可能具有特殊性。

2008年，團(tuán)隊(duì)在博斯騰湖等地開展古環(huán)境重建，整合了亞洲中部干旱區(qū)12個(gè)高質(zhì)量的湖泊記錄，集成了一條11500年以來的分辨率達(dá)到200年的濕度演變序列。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)早全新世以干旱氣候?yàn)樘卣?，而中晚全新世則相對(duì)濕潤(rùn)，與季風(fēng)區(qū)變化存在顯著差異，并據(jù)此提出了全新世氣候變化“西風(fēng)模態(tài)”理論框架。

此后，團(tuán)隊(duì)在亞洲中部干旱區(qū)基于湖泊記錄開展了過去千年來的分辨率達(dá)到10年的水文氣候變化研究。發(fā)現(xiàn)與之前的中世紀(jì)暖期（公元1000到1300年）相比，干旱區(qū)在小冰期（公元1400到1900年）相對(duì)更為濕潤(rùn)，而季風(fēng)區(qū)則相對(duì)干旱。隨后，團(tuán)隊(duì)又利用現(xiàn)代觀測(cè)資料及樹輪，重建過去數(shù)百年的干旱指數(shù)，發(fā)現(xiàn)近幾十年來季風(fēng)區(qū)降水和濕度在減少，而干旱區(qū)降水和濕度在增加。因此，在百年到年代際尺度來看，季風(fēng)區(qū)與干旱區(qū)的濕度和降水變化相反。

該論文的共同第一作者、團(tuán)隊(duì)成員、蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授黃偉說，基于現(xiàn)代氣候背景，團(tuán)隊(duì)劃分出了“西風(fēng)模態(tài)”核心區(qū)的空間范圍，剔除了季風(fēng)邊緣區(qū)的干擾。以核心區(qū)內(nèi)新疆天山北坡和伊犁河谷黃土—古土壤剖面為地質(zhì)載體，重建了核心區(qū)全新世以來的干旱區(qū)濕度變化過程。研究發(fā)現(xiàn)，全新世早期氣候干旱，到距今6000年左右突然變濕潤(rùn)，在晚全新世變得更加濕潤(rùn)。完善了“西風(fēng)模態(tài)”全新世氣候變化特征。

團(tuán)隊(duì)成員靳立亞教授通過數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)早全新世夏季太陽(yáng)輻射較高，導(dǎo)致夏季溫度升高，進(jìn)而副熱帶高壓向北移動(dòng)，造成“西風(fēng)模態(tài)”核心區(qū)降水減少。同時(shí)早全新世夏季太陽(yáng)輻射高也會(huì)導(dǎo)致西風(fēng)減弱，進(jìn)而導(dǎo)致“西風(fēng)模態(tài)”核心區(qū)降水減少。與此對(duì)應(yīng)，早全新世冬季太陽(yáng)輻射低，溫度降低，上游洋面蒸發(fā)減弱，水汽減少，同時(shí)低太陽(yáng)輻射導(dǎo)致西風(fēng)的減弱，兩者共同作用也導(dǎo)致“西風(fēng)模態(tài)”核心區(qū)降水減少。研究結(jié)論揭示了在全新世亞軌道尺度（數(shù)千年的變化）上，“西風(fēng)模態(tài)”形成的物理機(jī)制。

黃偉說，原來學(xué)界認(rèn)為中國(guó)西北干旱區(qū)的降水主要由西風(fēng)控制，但我們研究發(fā)現(xiàn)，來自印度洋的水汽對(duì)西北降水也有重要影響。不僅如此，在百年到年代際尺度上，除了早被人們熟知的“南澇北旱”外，其實(shí)中國(guó)的濕度和降水存在“三極子”的有趣現(xiàn)象，即當(dāng)我國(guó)西北地區(qū)相對(duì)濕潤(rùn)時(shí)，華北地區(qū)會(huì)變干旱，東南也會(huì)變得濕潤(rùn)，而當(dāng)西北地區(qū)干旱時(shí)，華北地區(qū)會(huì)變濕潤(rùn)，東南地區(qū)則相對(duì)干旱。

陳發(fā)虎表示，此項(xiàng)研究成果推動(dòng)了我國(guó)氣候環(huán)境空間分異的認(rèn)識(shí)從“靜態(tài)”上升到“動(dòng)態(tài)”層面。實(shí)現(xiàn)了空間思想指導(dǎo)下，對(duì)古氣候?qū)W和全球變化科學(xué)的豐富和發(fā)展。研究還能為干旱區(qū)未來的生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境整治提供科學(xué)支撐。