強化氣象科技支撐 攻堅干旱前沿難題

王涵

干旱是自然界的一種異?，F(xiàn)象，具有發(fā)生頻率高、持續(xù)時間長、影響面積廣等特點。其形成機制復雜而又深奧，是全球氣候變化背景下對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展影響最深遠的自然災害。每年因干旱災害導致我國糧食減產(chǎn)數(shù)百至數(shù)千萬噸，嚴重制約著社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設。因此，干旱一直是地球科學和生態(tài)學界高度關(guān)注的熱點問題之一。對干旱的精確監(jiān)測、及時預警和高效防范，是從事干旱氣象研究的科學家畢生努力的方向。

學成于有著“中國氣象人才搖籃”之稱的“南京氣象學院”，在甘肅省氣象局不斷歷練成長，現(xiàn)任中國氣象局蘭州干旱氣象研究所研究員、甘肅省基礎(chǔ)研究創(chuàng)新群體牽頭人、第八屆甘肅省科學技術(shù)協(xié)會委員、中國氣象學會干旱氣象學委員會委員岳平，帶領(lǐng)團隊研發(fā)了基于現(xiàn)代觀測體系的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)干旱監(jiān)測預警技術(shù)，深入開展了干旱對黃河上游關(guān)鍵水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響機制及監(jiān)測預警研究，其成果為甘肅省重大干旱防災減災和生態(tài)環(huán)境治理提供了重要技術(shù)支撐。

作為主要從事陸-氣相互作用與干旱致災機理研究的省創(chuàng)新群體牽頭人，在多年研究中，岳平帶領(lǐng)課題組建成了沿夏季風伸展和進退方向的“十”字形陸-氣相互作用觀測體系，構(gòu)建了一套適合我國干旱區(qū)的陸面過程參數(shù)化方案；通過觀測試驗研究，揭示了半干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水-熱-碳耦合機制，發(fā)現(xiàn)了水分利用效率隨干旱強度的轉(zhuǎn)換規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了荒漠化地帶與沙漠腹地起沙物理特性的差異，創(chuàng)新研究成果多次獲得省部級基礎(chǔ)研究和科技進步獎勵。

雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)干旱監(jiān)測

作為承擔著干旱氣象專業(yè)優(yōu)勢領(lǐng)域核心攻關(guān)任務和區(qū)域共性關(guān)鍵技術(shù)研究的國家級科研院所，中國氣象局蘭州干旱氣象研究所（以下簡稱“干旱所”）緊緊圍繞現(xiàn)代氣象業(yè)務發(fā)展需求和專業(yè)定位，以加強氣象科技創(chuàng)新、突破氣象核心技術(shù)和區(qū)域共性關(guān)鍵技術(shù)、提升科技支撐能力及發(fā)揮科技引領(lǐng)和輻射作用為目標，聚焦區(qū)域氣象業(yè)務發(fā)展和現(xiàn)代氣象服務中的關(guān)鍵科技問題，深入開展應用基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)，重點解決我國干旱氣象業(yè)務發(fā)展中急需的科技前沿和重大關(guān)鍵科技問題。

在岳平看來，關(guān)于重大干旱，目前主要從大氣環(huán)流的角度揭示其形成和發(fā)展的物理機制，很少考慮陸-氣相互作用的反饋過程對干旱的影響，從而導致對重大干旱發(fā)生、發(fā)展及演變規(guī)律和形成機理的研究不夠深入。此外，干旱監(jiān)測預警中多源資料和新技術(shù)的集成與應用研究不充分是制約干旱氣象業(yè)務發(fā)展的重要瓶頸所在。尤其我國西北地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)完全依賴自然降水，干旱對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響非常突出，開展雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)干旱觀測與監(jiān)測研究是迫切面對的重要科學問題。

自2007年以來，岳平和團隊通過綜合分析我國西北地區(qū)干旱發(fā)生的自然規(guī)律、地表植被和海溫變化對干旱的影響機制，研究了作物生長層水熱轉(zhuǎn)化過程對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)干旱的影響機理，揭示出半干旱生態(tài)系統(tǒng)水熱和碳水耦合機制受干旱脅迫的轉(zhuǎn)換特征。通過科學實驗，他們還發(fā)現(xiàn)了半干旱地區(qū)凝結(jié)水的形成機制及其對水分平衡的影響規(guī)律，建立了作物生育層水熱轉(zhuǎn)化關(guān)系，揭示了半干旱地區(qū)植被重建對土壤水分儲量及其水分利用規(guī)律，發(fā)現(xiàn)陸面水熱交換年際變化主要受有效降水頻次影響，揭示了半干旱草地生態(tài)系統(tǒng)水、熱、生之間的耦合機制，發(fā)現(xiàn)了水分利用效率隨干旱強度的轉(zhuǎn)換規(guī)律。一系列的研究不僅為干旱監(jiān)測預警提供了重要技術(shù)支撐，而且為應對氣候變換背景下生態(tài)治理與環(huán)境修復提供了理論基礎(chǔ)。其團隊利用陸面模式，在結(jié)合強迫資料生成和應用百分位數(shù)判斷干旱等級的干旱監(jiān)測技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)了陸面過程模式的干旱監(jiān)測業(yè)務系統(tǒng)，使干旱監(jiān)測時效提前了3天，干旱監(jiān)測準確率提高了10%。該成果已經(jīng)在我國北方多個省區(qū)推廣應用。成果發(fā)表在Agric For Meteorol、J Hydrology、Bound-Layer Meteorol、Sci China-Earth Sci和《科學通報》等國內(nèi)外高影響學術(shù)期刊上。干旱監(jiān)測技術(shù)和服務產(chǎn)品等一系列創(chuàng)新成果，大大提高了我國干旱災害和干旱致災過程的研究水平，改進了我國干旱災害監(jiān)測與觀測技術(shù)手段及業(yè)務能力，為地方政府提供了重要決策依據(jù)，并獲得了甘肅省科技進步獎二等獎。

干旱對黃河上游關(guān)鍵水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境影響

黃河流域生態(tài)治理和高質(zhì)量發(fā)展是重大國家戰(zhàn)略，黃河上游（瑪曲段、洮河流域、大通河流域）是關(guān)鍵水源補給區(qū)，也是國家生態(tài)安全屏障。黃河上游關(guān)鍵補給區(qū)位于寒旱區(qū)，因特殊的地理環(huán)境和氣候環(huán)境，該區(qū)域生態(tài)環(huán)境和水資源對干旱氣候變化非常敏感。開展干旱對黃河上游關(guān)鍵補給區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響及其監(jiān)測預警技術(shù)研究對生態(tài)環(huán)境保護、水資源合理開發(fā)和防災減災能力提升具有重要意義。然而受自然條件和經(jīng)濟發(fā)展約束，區(qū)域內(nèi)氣象觀測站點稀疏，更缺乏陸面生態(tài)系統(tǒng)長期定位觀測，限制了對黃河上游關(guān)鍵水源補給區(qū)干旱與陸面生態(tài)系統(tǒng)水熱交換和碳循環(huán)機制的認識，嚴重制約了對區(qū)域氣候的數(shù)值模擬能力和干旱監(jiān)測預警技術(shù)水平的提升。

因此，針對影響黃河上游關(guān)鍵水源補給區(qū)干旱對生態(tài)系統(tǒng)影響及其監(jiān)測預警技術(shù)難題，岳平和團隊利用黃河上游關(guān)鍵水源補給生態(tài)定位綜合觀測資料、氣象臺站觀測資料、陸面格點同化數(shù)據(jù)、MODIS遙感資料以及陸面過程和區(qū)域氣候模式，通過定位觀測、理論分析和數(shù)值模擬等手段，在黃河上游關(guān)鍵水源補給區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳水循環(huán)過程、干旱的多尺度特征和干旱監(jiān)測預警技術(shù)等方面取得了一系列理論和技術(shù)創(chuàng)新。譬如研發(fā)了基于綜合觀測陸面參數(shù)化方案和土壤濕度遙感產(chǎn)品評估新方法，有效解決了高原地區(qū)觀測匱乏問題；定量評價了黃河上游水源補給區(qū)陸地主要生態(tài)系統(tǒng)碳收支，揭示了干旱影響碳交換和水分利用效率的機制；揭示了植被狀況對區(qū)域氣候變化的響應及其影響午后對流降水的機理，增強了對寒旱區(qū)土壤-植被-大氣相互作用對區(qū)域氣候影響的科學認識；研究了黃河上游關(guān)鍵補給區(qū)氣候多尺度特征及極端氣候事件變化規(guī)律，黃河上游關(guān)鍵水源補給區(qū)未來情景預估。