21世紀(jì)以來干旱研究的若干新進(jìn)展與展望

王鶯，張強(qiáng)，2，王勁松，韓蘭英，3，王素萍，張良，姚玉璧，4，郝小翠，王勝

（1.中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730020；2.甘肅省氣象局，甘肅蘭州 730020；3.蘭州區(qū)域氣候中心，甘肅蘭州 730020；4.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅蘭州 730021）

引言

干旱是地球上分布范圍較廣、持續(xù)時間較長、對社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一，與人類社會相伴相生，頻繁發(fā)生于各個歷史時期［1］。干旱不僅造成植被退化和土地荒漠化，長期嚴(yán)重干旱還可能導(dǎo)致人員和動物死亡，出現(xiàn)大規(guī)模遷移，甚至是朝代更替和文明消亡［2-3］。干旱作為破壞力巨大的自然災(zāi)害之一，很早就引起了研究者的關(guān)注［4］。干旱氣象研究一般包含2個范疇，一是對干旱半干旱氣候區(qū)的形成和演化以及發(fā)生在該區(qū)域的天氣和氣候進(jìn)行研究，二是對全球任何區(qū)域的干旱氣象進(jìn)行研究［5］。本文主要綜述和討論第二種干旱氣象研究方面的工作。

中國地域遼闊，處于東亞熱帶季風(fēng)和副熱帶季風(fēng)共同影響區(qū)，同時受西風(fēng)環(huán)流和高原季風(fēng)影響，可分為季風(fēng)濕潤區(qū)、內(nèi)陸干旱區(qū)和青藏高寒區(qū)3個自然地理區(qū)。在特定自然地理環(huán)境和氣候條件制約下，中國受干旱災(zāi)害影響嚴(yán)重［6-7］。據(jù)統(tǒng)計，中國農(nóng)作物因旱年均受災(zāi)面積和成災(zāi)面積分別達(dá)2.1×107、8.9×106hm2，每年造成的糧食減產(chǎn)從數(shù)百萬噸到3000多萬噸，年均直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)440億元人民幣［8］。IPCC第六次評估報告指出，在現(xiàn)有排放情景下全球地表溫度將持續(xù)升高，水循環(huán)進(jìn)一步加?。?］，勢必將導(dǎo)致中國的干旱分布格局發(fā)生新變化，整體呈現(xiàn)干旱化趨勢，在北方干旱形勢依然嚴(yán)峻的情況下，南方干旱事件也在增加［10-12］。如2020年，中國東北、華南地區(qū)遭遇了嚴(yán)重的夏伏旱［13］；2013年，長江中下游地區(qū)發(fā)生了驟旱［14］。同時，干旱災(zāi)害風(fēng)險形成過程出現(xiàn)新特征［15-16］，這對于干旱災(zāi)害風(fēng)險管理提出新的挑戰(zhàn)［17］。由此可見，干旱已成為制約中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素［18］。如何針對干旱進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)已成為社會關(guān)注的熱點(diǎn)。

國內(nèi)外對干旱及其災(zāi)害進(jìn)行了大量研究，研究逐步從干旱的表象特征向機(jī)理機(jī)制過渡，從最初關(guān)注降水到關(guān)注陸氣相互作用，再到關(guān)注干旱對人類社會發(fā)展的影響及其響應(yīng)［19-21］。作為一項多學(xué)科交叉的科學(xué)，干旱問題十分復(fù)雜，且具有地域性。氣候變化導(dǎo)致干旱問題的復(fù)雜性進(jìn)一步加劇，并出現(xiàn)很多新問題，如中國干旱時空分布出現(xiàn)了什么新特征？氣候態(tài)變化對干旱監(jiān)測及其閾值有何影響？氣候變化為干旱災(zāi)害風(fēng)險評估帶來什么新挑戰(zhàn)？諸多新的科學(xué)問題還有待于進(jìn)一步研究。

目前關(guān)于干旱問題的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和研究論文很多，涉及區(qū)域比較廣泛，研究結(jié)果比較分散，且有些結(jié)論相悖。中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室是以科學(xué)觀測試驗(yàn)為基礎(chǔ)，以干旱氣候變化和預(yù)防減緩干旱等氣象災(zāi)害技術(shù)研究為專業(yè)特色的科研機(jī)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)室頂層設(shè)計的總體研究目標(biāo)和任務(wù)指導(dǎo)下，以實(shí)驗(yàn)室為平臺開展了一批與干旱氣象有關(guān)的國家自然基金重點(diǎn)項目“我國典型夏季風(fēng)影響過渡區(qū)陸—?dú)庀嗷プ饔眉捌鋵ο募撅L(fēng)響應(yīng)研究”、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃課題“氣候變暖背景下我國南方旱澇災(zāi)害風(fēng)險評估與對策研究”、國家自然科學(xué)基金青年項目“中國西北半干旱區(qū)玉米干旱脆弱性特征及調(diào)控機(jī)制”等十多個國家級項目或課題的研究。這些項目或課題相互結(jié)合和繼承，充分發(fā)揮了干旱項目群作用。為便于國內(nèi)外同行了解研究的最新進(jìn)展，本文從干旱監(jiān)測技術(shù)、干旱時空分布規(guī)律、干旱致災(zāi)特征、干旱災(zāi)害風(fēng)險及其對氣候變暖的響應(yīng)以及干旱災(zāi)害風(fēng)險管理與防御技術(shù)等方面，系統(tǒng)總結(jié)了中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室干旱氣象科研合作團(tuán)隊的最新科研成果，并提出了干旱氣象研究存在的問題和挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向和突破口，以期為中國的干旱防災(zāi)減災(zāi)工作提供支撐。

1 干旱氣象研究取得的主要科學(xué)進(jìn)展

1.1 干旱監(jiān)測技術(shù)與方法

干旱指標(biāo)是干旱監(jiān)測的基礎(chǔ)。通過綜合降水、徑流、溫度、地物光譜等大量相關(guān)信息，形成易于計算和理解的指標(biāo)，并以此來定量反映干旱的強(qiáng)度、范圍和持續(xù)時間等特征。通過總結(jié)現(xiàn)有干旱監(jiān)測指數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，干旱氣象科研合作團(tuán)隊采用多種方法構(gòu)建了新的干旱監(jiān)測指數(shù)，并評估了不同指數(shù)的區(qū)域適宜性。

（1）構(gòu)建了新的干旱監(jiān)測指數(shù)——K干旱指數(shù)

王勁松等［22］基于降水和蒸散量構(gòu)建了K干旱指數(shù)，主要用于監(jiān)測大氣和土壤干旱。計算公式如下：

式中：Ki,j為i年j站的K干旱指數(shù)；R'i,j、E'i,j分別為i年j站降水和蒸散的相對變率；Ri,j、Ei,j（mm）分別為i年j站降水量和蒸散量分別為j站最近30 a降水量和蒸散量的氣候平均值。為便于干旱指標(biāo)在大尺度空間的橫向?qū)Ρ?，對?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。當(dāng)降水相對變率越小、蒸散相對變率越大時，Ki,j越小，干旱越嚴(yán)重。K指數(shù)的干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見文獻(xiàn)［23］。研究發(fā)現(xiàn)，K指數(shù)在中國西北地區(qū)春旱、甘肅省干旱監(jiān)測業(yè)務(wù)和貴州安順等地區(qū)干旱監(jiān)測中表現(xiàn)良好［22-24］。

為提高K指數(shù)對干旱過程（包括干旱的開始時間、持續(xù)時間和強(qiáng)度等）的刻畫能力，WANG等［25］在原有K指數(shù)基礎(chǔ)上增加了前期降水和蒸散量對當(dāng)前干旱的累積影響。由于前期降水和蒸散量對土壤水分的貢獻(xiàn)存在隨時間衰減現(xiàn)象，因此對比了指數(shù)和線性2種衰減模型，并選取典型干旱年進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)線性衰減模型更符合干旱發(fā)展規(guī)律，并由此建立了新的K指數(shù)干旱監(jiān)測模型［25］。線性衰減模型的表達(dá)式如下：

式中：n（d）為當(dāng)前日期之前的天數(shù)，n=0，1，2，…，N（可根據(jù)降水和蒸散累積衰減時間分別將N確定為30、90或150 d）；Pn和En（mm）分別是第n天的降水量和蒸散量；a和b分別是斜率和截距。

（2）建立了基于地表能量平衡的干旱遙感監(jiān)測新方法

干旱遙感監(jiān)測的主要目的是探測土壤水分含量。目前常用的基于反照率、歸一化植被指數(shù)（normalized difference vegetation index，NDVI）和地表溫度的干旱遙感監(jiān)測模型一般適用于裸土地表（如表觀熱慣量法）或植被覆蓋地表（如NDVI及其衍生的一系列干旱遙感監(jiān)測模型），而對于稀疏植被覆蓋的地表，這些方法的監(jiān)測精度無法滿足當(dāng)前需求。為解決這一問題，郝小翠等［26］將基于地表能量平衡的波文比作為一種新手段引入干旱遙感監(jiān)測中，構(gòu)建了基于地表能量平衡的干旱遙感監(jiān)測新方法。研究發(fā)現(xiàn)，地表能量平衡是地表干濕狀況動態(tài)變化的重要物理約束，其中波文比定義為感熱通量和潛熱通量之比，可反映水熱平衡分配隨地表水分不同而產(chǎn)生的變化。土壤水分越充足，則感熱通量越小、潛熱通量越大，波文比越?。环粗?，土壤水分越少，波文比越大。與僅用地表溫度建立的干旱遙感監(jiān)測模型相比，波文比中感熱和潛熱能夠同時兼顧能量和水分2個因子，適用于裸土和植被混合的稀疏植被覆蓋地表，具體反演方法見文獻(xiàn)［26］。同時，進(jìn)一步基于波文比與土壤濕度的關(guān)系及《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)干旱預(yù)警等級》建立了波文比干旱分級標(biāo)準(zhǔn)，用以評價大尺度旱情空間格局。土壤相對濕度（土壤含水量與田間持水量的百分比）60%、50%、40%分別是輕旱、中旱和重旱的臨界值，對應(yīng)的波文比分別為2.5、6.0和19.0?；诓ㄎ谋确ǚ囱莞拭C省河?xùn)|地區(qū)地表干濕狀況，發(fā)現(xiàn)波文比與0～20 cm土壤相對濕度具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系［26］。

（3）發(fā)展了基于陸面模式的干旱監(jiān)測方法

ZHANG等［27］從模式強(qiáng)迫資料生成、模式運(yùn)行和結(jié)果后處理以及干旱監(jiān)測產(chǎn)品生成3個方面，構(gòu)建了基于CABLE（Australian community atmosphere biosphere land exchange）陸面模式的干旱監(jiān)測方法。首先，以NCEP（National Centers for Environmental Prediction）T62地表通量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用國際廣泛認(rèn)可的CRU（Climatic Research Unit）、CMAP（Climate Prediction Center merged analysis of precipitation）和SRB（surface radiation budget）資 料，采 用Shepard插值方法，分別對NCEP溫度、降水和輻射資料進(jìn)行誤差訂正，運(yùn)行CABLE模式得到每6 h一次的實(shí)時資料；然后，利用觀測資料檢驗(yàn)?zāi)Ｊ綌?shù)據(jù)精度，建立質(zhì)量可靠的準(zhǔn)實(shí)時陸面模式強(qiáng)迫資料（滯后7 d左右），并對模擬結(jié)果進(jìn)行周、旬、月平均，為開展干旱監(jiān)測提供數(shù)據(jù)集?；谝焉傻臄?shù)據(jù)集計算標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)（standardized precipitation index，SPI）、標(biāo)準(zhǔn)化降水蒸散指數(shù)（standardized precipitation evapotranspiration index，SPEI）、帕爾默干旱嚴(yán)重度指數(shù)（Palmer drought severity index，PDSI），并根據(jù)百分位數(shù)法劃分的干旱等級［28］，判斷區(qū)域干旱狀況。該方法詳細(xì)介紹見文獻(xiàn)［28］。基于CABLE陸面模式的干旱監(jiān)測新方法有助于國內(nèi)干旱趨勢評估和干旱監(jiān)測預(yù)警水平的提升。

（4）評估了國際流行的干旱監(jiān)測指數(shù)的適用性

目前全球干旱監(jiān)測指數(shù)已有百余種。干旱監(jiān)測指數(shù)具有時空應(yīng)用范圍的局限性，如PDSI最初應(yīng)用于美國半干旱地區(qū)［29］。不同干旱監(jiān)測指數(shù)對于同一區(qū)域、同一時間的干旱監(jiān)測結(jié)果差異顯著［30］，故需要對這些干旱監(jiān)測指數(shù)進(jìn)行區(qū)域適用性研究。研究發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)的綜合氣象干旱指數(shù)（meteorological drought composite index，MCI）和K指數(shù)對中國北方地區(qū)干旱監(jiān)測效果優(yōu)于SPI、Pa（precipitation anomaly percentage）和SPEI，其中MCI對春旱監(jiān)測效果較好，K指數(shù)對北方偏東、偏南區(qū)域的夏、秋、冬季旱情監(jiān)測效果略優(yōu)于MCI，Pa和SPI對夏、秋季旱情監(jiān)測能力較高，SPEI對夏旱監(jiān)測能力較強(qiáng)［31-32］（圖1）。就華南和西南地區(qū)，MCI和K指數(shù)對各季干旱監(jiān)測能力都較強(qiáng)，其中K指數(shù)在夏、秋季表現(xiàn)更好，MCI在冬、春季表現(xiàn)更好；DI（daily drought index）對冬、春季旱情監(jiān)測效果較好，PDSI和GEVI（generalized extreme value index）對夏、秋季旱情監(jiān)測效果較好，但sc_PDSI（self-calibrated PDSI）對干旱范圍和等級的監(jiān)測效果優(yōu)于PDSI，而SPI對夏旱監(jiān)測能力更強(qiáng)，SPIW60（standardized index of weighted average precipitation）整體監(jiān)測效果較差［33-34］。從對干旱演變過程的刻畫能力來看，K指數(shù)表現(xiàn)最好，其次是DI，MCI在干旱緩解階段存在監(jiān)測程度偏重的情況，SPI、SPIW60和GEVI存在監(jiān)測程度偏輕、緩解過程解除過快的情況，PDSI對干旱演變過程的反映能力較差?？偟膩碚f，干旱指數(shù)的監(jiān)測能力與各指數(shù)構(gòu)建時考慮的主要致旱因子和時間尺度密切相關(guān)，深刻理解干旱形成機(jī)理是提高干旱指數(shù)監(jiān)測能力的重要途徑。

1.2 干旱時空分布規(guī)律

中國是干旱災(zāi)害發(fā)生頻率高且影響嚴(yán)重的國家之一。正確認(rèn)識中國干旱時空分布規(guī)律有助于制定科學(xué)合理的防災(zāi)減災(zāi)制度。

（1）中國整體呈現(xiàn)明顯的干旱化趨勢

圖1 干旱指數(shù)對不同區(qū)域、不同季節(jié)干旱的監(jiān)測準(zhǔn)確率（引自文獻(xiàn)［31］）（a）春季，（b）夏季，（c）秋季，（d）冬季Fig.1 The monitoring accuracy of each drought index for different regions and different seasons（cited from literature［31］）（a）spring，（b）summer，（c）autumn，（d）winter

自20世紀(jì)60年代至2011年，隨著東亞大氣環(huán)流系統(tǒng)從對流層到平流層出現(xiàn)明顯的年代際轉(zhuǎn)折，中國的旱澇時空格局也隨之出現(xiàn)新的特征。根據(jù)1960—2011年氣象觀測資料，中國存在一條自東北向西南延伸的干旱趨勢帶，東北、內(nèi)蒙古中東部、華北、西北地區(qū)東部以及西南地區(qū)東部呈現(xiàn)變干趨勢，西北地區(qū)西部的北疆、青海中部及西藏中北部呈現(xiàn)變濕趨勢（圖2）［35］［文中涉及的中國及各?。ㄊ小^(qū)）行政邊界基于國家測繪地理信息局標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號為GS（2016）1595號的標(biāo)準(zhǔn)地圖繪制，底圖無修改］。其中，西北地區(qū)東部輕到中旱日數(shù)增加，西南地區(qū)東部中到重旱日數(shù)顯著增加，四川盆地中南部和山東半島特旱發(fā)生頻率增加［35］。從季節(jié)來看，秋季干旱化最顯著，其次為春季和夏季，冬季則呈現(xiàn)不明顯的變濕趨勢［35-36］。從年代際來看，中國20世紀(jì)60年代之后干旱化趨勢明顯，20世紀(jì)90年代后期至21世紀(jì)初期干旱造成的損失最嚴(yán)重?？傮w來看，中國呈現(xiàn)明顯的干旱化趨勢，干旱范圍擴(kuò)大、強(qiáng)度加重、頻率增加。

（2）在中國北方干旱形勢依然嚴(yán)峻情況下，南方干旱呈現(xiàn)明顯增加和加重趨勢

中國北方地區(qū)總體屬于干旱多發(fā)區(qū)域［37］。2000—2014年，在北方干旱頻次和強(qiáng)度依然嚴(yán)峻情況下，南方干旱頻次明顯增多，且區(qū)域性和季節(jié)性的嚴(yán)重干旱事件也呈增加趨勢（圖3）。以華南和西南地區(qū)為例，在氣候變暖背景下降水顯著減少、潛在蒸散量減少且變異增大；在降水減少和溫度升高的雙重作用下，干旱程度加重［38］。分區(qū)域來看，西南地區(qū)約30%的區(qū)域?qū)儆诟珊祬^(qū)，1953—2012年該地區(qū)一致呈顯著變干趨勢，秋季干旱化程度最強(qiáng)，極端干旱頻次逐漸增多，干旱持續(xù)時間增長、頻率增加、強(qiáng)度增強(qiáng)，冬春連旱多發(fā)［39］。川西高原、川西南山地和云南中北部區(qū)域干旱發(fā)生概率高于60%，且以冬、春旱為主；云貴高原中部易出現(xiàn)異常干旱［40-41］。華南地區(qū)地處中國南部沿海，年降水量在900～2700 mm之間，是中國多雨區(qū)之一，但近些年該區(qū)域的干旱事件也呈增加趨勢。從季節(jié)變化來看，華南地區(qū)春、夏季持續(xù)干期日數(shù)呈下降趨勢［-0.042、-0.108 d·（10 a）-1］，秋、冬季持續(xù)干期日數(shù)呈上升趨勢［1.911、0.118 d·（10 a）-1］，且秋季持續(xù)干期日數(shù)最多（20～44 d）；從區(qū)域分布來看，持續(xù)干期日數(shù)最高的區(qū)域，春季在南部沿海，夏季在桂北和粵北、粵東及雷州半島，秋季在粵東大部，冬季在雷州半島；從年際變化來看，持續(xù)干期日數(shù)顯著增加的區(qū)域，春季在桂南，夏季在桂中和桂南，秋季一致呈增加趨勢，顯著增加的區(qū)域主要在桂中和粵東北沿海地區(qū)，冬季主要集中在粵中南部、粵東以及桂東邊緣［42］。從農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害損失來看，1949—2012年西南地區(qū)干旱災(zāi)害的范圍、程度和頻次也呈增加趨勢，四川最明顯，其次是貴州，云南增加趨勢最小。2002—2012年西南干旱的重災(zāi)中心向南北兩邊分離，云南和貴州的干旱面積明顯增加［43］。

圖2 1960—2011年SPI變化趨勢空間分布（引自文獻(xiàn)［35］）（○、▲分別表示通過99.9%和95%的置信水平）（a）年，（b）春季，（c）夏季，（d）秋季，（e）冬季Fig.2 Spatial distributions of the trend of SPI from 1960 to 2011（cited from literature［35］）（○and▲represent passing the confidence level of 99.9%and 95%，respectively）（a）the whole year，（b）spring，（c）summer，（d）autumn，（e）winter

圖3 氣溫突變前后中國干旱強(qiáng)度（a）、頻次（b）和持續(xù)時間（c）變化（引自文獻(xiàn)［37］）Fig.3 Variation of drought severity（a），frequency（b）and duration（c）before and after temperature abrupt change in China（cited from literature［37］）

1.3 干旱致災(zāi)過程特征

干旱致災(zāi)過程是指干旱從發(fā)生到產(chǎn)生影響或?yàn)?zāi)害的過程。研究干旱致災(zāi)過程特征有助于理解干旱的發(fā)展過程及趨勢，提高干旱管理水平。

（1）研究了干旱災(zāi)害的鏈?zhǔn)絺鬟f過程和主要特征

災(zāi)害鏈?zhǔn)怯赡骋环N致災(zāi)因子或生態(tài)環(huán)境變化而引發(fā)的一系列災(zāi)害現(xiàn)象［44］。干旱災(zāi)害鏈則是因降水短缺引發(fā)的一系列災(zāi)害構(gòu)成。正確認(rèn)識干旱災(zāi)害鏈的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)變過程，對于斷鏈?zhǔn)綖?zāi)害管理具有積極意義。

國際上通常將干旱分為氣象干旱、農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和社會經(jīng)濟(jì)干旱。張強(qiáng)等［45］認(rèn)為，在重視生態(tài)文明建設(shè)的今天，還應(yīng)該增加生態(tài)干旱類別。氣象干旱代表了降水的強(qiáng)度和概率特征，農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱、社會經(jīng)濟(jì)干旱和生態(tài)干旱則反映了氣象干旱的影響程度，它們彼此之間并非相互獨(dú)立，而是存在鏈?zhǔn)絺鬟f過程。如圖4所示，降水異常偏少可導(dǎo)致氣象干旱的發(fā)生，當(dāng)條件合適時氣象干旱會向生態(tài)、水文和農(nóng)業(yè)干旱并行傳遞，當(dāng)干旱發(fā)展到一定程度就會引發(fā)社會經(jīng)濟(jì)干旱［45］，且農(nóng)業(yè)干旱、水文干旱和生態(tài)干旱內(nèi)部也存在明顯相互傳遞過程。隨著干旱傳遞鏈的逐漸增長，干旱造成的影響越難以逆轉(zhuǎn)。在干旱解除時，可能會發(fā)生氣象干旱和農(nóng)業(yè)干旱已解除，而生態(tài)干旱和水文干旱仍持續(xù)的情況。需要注意的是，干旱災(zāi)害傳遞并非必然過程，只有在干旱程度達(dá)到一定閾值時才會往下傳遞，且不同區(qū)域干旱災(zāi)害傳遞鏈及其閾值差異很大［45］。鑒于此，可通過對氣象干旱監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)、水文、生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)干旱的早期預(yù)警。氣候變化進(jìn)一步加劇了干旱傳遞過程的復(fù)雜性，如生態(tài)環(huán)境脆弱性發(fā)生改變可導(dǎo)致干旱傳遞進(jìn)程加快，干旱發(fā)生時間和區(qū)域的改變可令其發(fā)生發(fā)展規(guī)律難以把握［46］。

圖4 干旱傳遞過程及其相互作用（引自文獻(xiàn)［45］）Fig.4 Drought transfer processes and interactions（cited from literature［45］）

王勁松等［47］基于災(zāi)害鏈理論，通過干旱事件歷史資料普查，分析了中國西南和華南地區(qū)干旱災(zāi)害鏈傳遞特征。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生氣象干旱時，云南、廣西、貴州冬、春季易發(fā)生森林火災(zāi)；隨著干旱程度加重，還會造成人畜飲水困難。長期干旱還可引起疫病、蟲害、鼠害等的發(fā)生和發(fā)展，造成植被生物量減少，影響人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。從中國西南和華南地區(qū)干旱災(zāi)害鏈（圖5）可知，一旦發(fā)生干旱，在沒有任何防御或斷鏈措施下最終結(jié)果一致，即經(jīng)濟(jì)損失加劇、生態(tài)環(huán)境惡化。從干旱鏈傳遞閾值來看，特大干旱會引發(fā)土壤退化，重度干旱會引發(fā)森林火災(zāi)、病蟲害爆發(fā)和水力發(fā)電量降低，而中度干旱就可能影響航運(yùn)。另外，干旱災(zāi)害鏈在西南和華南地區(qū)有明顯不同。西南地區(qū)是典型的喀斯特地貌，輕度干旱就可能導(dǎo)致作物受旱，中度干旱會造成生活用水困難；華南地區(qū)，只有達(dá)到中度干旱才會向下傳遞到作物，重度干旱才能影響生活用水。也就是說，在同樣氣象干旱程度下，由于西南和華南地區(qū)干旱孕災(zāi)環(huán)境不同，災(zāi)害鏈的傳遞特征不同，受影響的程度也不同。

（2）發(fā)現(xiàn)了作物因旱損失的關(guān)鍵影響期

圖5 中國西南（a）和華南（b）地區(qū)干旱災(zāi)害鏈（改自文獻(xiàn)［47］）（色標(biāo)表示達(dá)到此等級的旱災(zāi)可影響到的承災(zāi)體）Fig.5 Drought disaster chain in southwestern China(a)and South China(b)(modified from literature［47］）(The color labels represent the corresponding disaster-affected body by drought disaster with different levels)

以往研究關(guān)注更多的是農(nóng)業(yè)因旱損失與全年不同氣候條件的關(guān)系。對于作物來說，其因旱損失程度與不同氣候要素及不同生育期對氣候要素的依賴程度密切相關(guān)，因此尋找作物因旱損失的關(guān)鍵影響期是深入理解干旱致災(zāi)過程的一個重要途徑。張強(qiáng)等［46］研究發(fā)現(xiàn)，從全年來看，中國南方地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱綜合損失率受降水的影響大于溫度，但相關(guān)性總體較弱。從月尺度來看，南方農(nóng)業(yè)干旱綜合損失率與降水（溫度）的關(guān)系在4、6—8月（6、7、12月）較顯著，說明春、夏季降水（夏、冬季溫度）對農(nóng)業(yè)因旱損失影響較大，而與MCI的關(guān)系在5—10月較顯著，尤其是7—8月，說明夏旱對農(nóng)業(yè)因旱損失影響至關(guān)重要［48-49］。將關(guān)鍵影響期與作物生長階段關(guān)聯(lián)起來，發(fā)現(xiàn)中國南方農(nóng)業(yè)干旱的關(guān)鍵影響期正處于作物返青、拔節(jié)、抽雄、開花、吐絲和分蘗等關(guān)鍵生長階段（圖6）。

（3）獲得了干旱災(zāi)害形成的降水虧缺累積時間尺度的區(qū)域差異性

干旱發(fā)展是一個緩慢的累積過程，某一時刻干旱程度不僅與當(dāng)前降水量有關(guān)，也與前期降水量的累積效應(yīng)有關(guān)。對這一問題的正確認(rèn)識有助于干旱監(jiān)測、預(yù)警和評估準(zhǔn)確性的提高。WANG等［50］研究發(fā)現(xiàn)，中國約80%的干旱災(zāi)害由3個月內(nèi)時間尺度的降水虧缺引起。其中，華北、西北地區(qū)東部、黃淮、江漢及西南地區(qū)西部的干旱災(zāi)害多由1個月內(nèi)的降水虧缺引起；西南地區(qū)東部、華南、江南、江淮及東北區(qū)域的干旱災(zāi)害多由2～3個月內(nèi)的降水虧缺引起；4～6個月尺度降水虧缺引起的干旱災(zāi)害約占總面積的17%，這種干旱過程一般是50 a或百年一遇的干旱事件，如2009年西南地區(qū)秋冬春連旱（圖7）。總的來說，黃河流域和西南地區(qū)西部降水虧缺的累積時間尺度小于南方大部和東北地區(qū)。這一研究揭示了降水虧缺累積時間尺度對干旱災(zāi)害發(fā)生的影響程度及區(qū)域差異，為不同地區(qū)干旱致災(zāi)因子的時間尺度選取提供支撐，有利于干旱監(jiān)測指數(shù)的改進(jìn)和完善。

1.4 干旱災(zāi)害風(fēng)險及其對氣候變暖的響應(yīng)

全球氣候變暖導(dǎo)致干旱發(fā)生的頻率、時間和強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢［51］，并對農(nóng)、林、牧業(yè)生產(chǎn)和水資源與水循環(huán)及生態(tài)與自然環(huán)境等造成廣泛影響，進(jìn)而對人類生存與可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。中國是暴露于干旱災(zāi)害危險區(qū)人口最多的國家，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高嚴(yán)重依賴于干旱災(zāi)害管理水平。近些年來，干旱災(zāi)害管理已從最初的應(yīng)急管理向風(fēng)險管理轉(zhuǎn)變，干旱災(zāi)害風(fēng)險的科學(xué)評價和特征研究就變得尤為重要。自20世紀(jì)90年代開始，為響應(yīng)“國際減災(zāi)10年”活動，中國開展了大量的干旱災(zāi)害風(fēng)險研究工作。中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室的干旱氣象科研合作團(tuán)隊在這一發(fā)展過程中主要取得了以下幾方面的科學(xué)認(rèn)識：

圖6 中國南方溫度、降水和MCI的變化趨勢及其對作物的關(guān)鍵影響期（引自文獻(xiàn)［48］）Fig.6 The trends for the three key climate factors（monthly total precipitation，mean temperature and MCI）and their relationships to crop growth and development periods（cited from literature［48］）

（1）提出了干旱災(zāi)害風(fēng)險形成的概念模型。在自然災(zāi)害風(fēng)險形成機(jī)制上，主要有“二因子說”、“三因子說”和“四因子說”［52］。從災(zāi)害學(xué)和自然災(zāi)害風(fēng)險形成機(jī)制角度出發(fā)，IPCC第五次評估報告認(rèn)為，災(zāi)害風(fēng)險不僅取決于致災(zāi)因子的嚴(yán)重程度，在很大程度上也取決于暴露度和脆弱性水平。張強(qiáng)等［46］在此基礎(chǔ)上，引入氣候變化和人類活動影響，結(jié)合孕災(zāi)環(huán)境敏感性，提出了一個新的干旱災(zāi)害風(fēng)險形成機(jī)理概念模型（圖8）。該模型考慮了人類活動對氣候變暖、區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化以及應(yīng)對和恢復(fù)力的影響，并通過間接作用傳遞到不同影響層面，是干旱災(zāi)害風(fēng)險形成的基礎(chǔ)。氣候變化和突變使得氣候變率和氣候態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致致災(zāi)因子危險性發(fā)生改變，是干旱災(zāi)害風(fēng)險形成的必要條件。氣候變率和氣候態(tài)的變化又可以引起生物演化和群落演替，導(dǎo)致人類和生物的時空分布特征發(fā)生變化，令干旱災(zāi)害承災(zāi)體的暴露性和脆弱性發(fā)生改變。應(yīng)對和恢復(fù)力及地殼運(yùn)動引起的地質(zhì)和水文環(huán)境變化間接影響了地質(zhì)地理環(huán)境和水資源環(huán)境，從而造成孕災(zāi)環(huán)境敏感性發(fā)生變化。這些變化迫使干旱災(zāi)害風(fēng)險形成新的特征。該概念模型全面、客觀地表征了干旱災(zāi)害風(fēng)險的形成機(jī)理，反映了氣候變暖背景下干旱災(zāi)害風(fēng)險的可變性與動態(tài)過程特征。通過該模型獲得的干旱災(zāi)害風(fēng)險特征將更加科學(xué)和客觀，更接近干旱災(zāi)害風(fēng)險的本質(zhì)。

（2）揭示了干旱災(zāi)害風(fēng)險分布特征。中國夏季風(fēng)影響區(qū)的干旱致災(zāi)高危險區(qū)和高風(fēng)險區(qū)主要位于夏季風(fēng)邊緣區(qū)域，這是因?yàn)樵搮^(qū)域降水總量小且時空變率大［53］。黃河流域干旱風(fēng)險具有明顯的地帶性和復(fù)雜性，中下游風(fēng)險高于上游［54-55］。甘肅省干旱受災(zāi)率在22%時旱災(zāi)風(fēng)險最大，10%～20%時風(fēng)險為1.0～1.6 a一遇，大于50%時風(fēng)險約為12 a一遇，具有發(fā)生概率高、周期短的特征［56-58］。中國南方的干旱高風(fēng)險區(qū)主要位于川東盆地、川滇交界處、滇東北大部、桂西南部及粵東北部和雷州半島［46，59-62］。研究發(fā)現(xiàn)，甘肅冬小麥主產(chǎn)區(qū)的干旱災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)主要位于隴東黃土高原，種植保險率為83%～85%［63］；西北半干旱區(qū)玉米的干旱災(zāi)害高及次高風(fēng)險區(qū)主要位于甘肅臨夏、定西、會寧、秦安、平?jīng)鰱|北部、慶陽北部和寧夏鹽池、固原以及陜西榆林西部和南部、關(guān)中東部和南部［64-65］，而西南地區(qū)玉米生育期干旱高風(fēng)險區(qū)主要分布在滇中和滇北、黔西和四川盆地中部［66］；草地干旱災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)主要位于內(nèi)蒙古東北部、東北地區(qū)西部、寧夏北部、塔里木盆地北邊緣、青藏高原南部、云貴高原、河南和山東地區(qū)［67］。

圖7 不同累積時間尺度降水虧缺下干旱災(zāi)害的發(fā)生概率（單位：%）（a）1個月，（b）2個月，（c）3個月，（d）1～3個月，（e）4～6個月Fig.7 Probability of drought disaster under precipitation deficit at different cumulative time scales（Unit：%）（a）1 month，（b）2 months，（c）3 months，（d）1-3 months，（e）4-6 months

圖8 干旱災(zāi)害風(fēng)險形成機(jī)理概念模型（引自文獻(xiàn)［46］）實(shí)線為直接影響，虛線為間接影響Fig.8 Conceptual model of drought disaster risk formation mechanism（cited from literature［46］）（solid lines for direct impact，and dotted lines for indirect impact）

（3）揭示了干旱災(zāi)害風(fēng)險對氣候變暖的響應(yīng)特征。氣候變暖導(dǎo)致干旱災(zāi)害風(fēng)險要素之間的關(guān)系更加復(fù)雜（圖9）［45］。從全國來看，氣候變暖導(dǎo)致干旱災(zāi)害發(fā)生的頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時間呈增加趨勢，令干旱危險性增大［37］，同時還可導(dǎo)致干旱承災(zāi)體分布區(qū)域、產(chǎn)量、暴露時間、耐旱性及生存環(huán)境等發(fā)生較大幅度的變化［68-69］。其中，氣候變暖導(dǎo)致中國夏季風(fēng)影響區(qū)干旱危險性明顯增加，高危險區(qū)主要位于季風(fēng)邊緣區(qū)、西南地區(qū)以及沿海的浙江和福建，且明顯有向季風(fēng)邊緣區(qū)轉(zhuǎn)移的趨勢，同時中國南方的干旱高風(fēng)險區(qū)明顯減少，北方的干旱高風(fēng)險區(qū)增加（圖10）［53］。氣候變暖導(dǎo)致甘肅省干旱受災(zāi)風(fēng)險增加了17.65%，成災(zāi)風(fēng)險增加了19.57%，且大旱發(fā)生風(fēng)險增加［15］。氣候變暖后，華南和西南地區(qū)致災(zāi)因子高危險區(qū)面積擴(kuò)大8%，華南擴(kuò)大更顯著，達(dá)13%，且致災(zāi)因子危險性從云南東部向貴州和四川盆地擴(kuò)展；云南中東部地區(qū)的孕災(zāi)環(huán)境高敏感范圍擴(kuò)大，四川盆地和貴州北部的高敏感區(qū)范圍略有縮小；干旱災(zāi)害的高風(fēng)險區(qū)面積擴(kuò)大3%，呈現(xiàn)自云南向東和向北擴(kuò)展趨勢，華南干旱面積擴(kuò)大更為明顯，達(dá)6%（圖11）［46］。

圖9 干旱災(zāi)害風(fēng)險要素之間的關(guān)系及其受氣候變暖的影響（引自文獻(xiàn)［45］）Fig.9 The relation between the factors of drought disaster risk and the effect of climate warming on them（cited from literature［45］）

（4）明確了氣候變化對干旱災(zāi)損的影響。1960—2010年，中國輕、中和重度以上農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)損比率分別為14.1%、6.5%和1.0%，呈增加趨勢，且旱災(zāi)等級越強(qiáng)，增加速率越快［18］。其中，北方的輕、中和重度以上農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)損比率分別較南方高2.1倍、2.2倍和1.9倍，且北方旱災(zāi)損失率的增加速率大于南方，這說明氣候變化對中國北方干旱災(zāi)害的影響較南方更突出［18］。從農(nóng)業(yè)旱災(zāi)綜合損失率來看，中國平均為5.4%，其中北方和南方平均分別為7.4%和3.5%；從農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害損失率的增加速率來看，中國為0.5%·（10 a）-1，其中北方和南方分別為0.6、0.3%·（10 a）-1［18］。另外發(fā)現(xiàn)，年平均氣溫每升高1℃，南方和北方的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合損失率分別增加0.93%和0.94%；年降水量每減少100 mm，南方和北方的農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合損失率分別增加0.76%和5.50%［18］。氣溫突變后，北方農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害綜合損失率增幅是南方的3～4倍（圖12），受氣候變化影響顯著［18］。

1.5 干旱災(zāi)害風(fēng)險管理與防御技術(shù)

干旱災(zāi)害風(fēng)險管理作為一種主動、有備、周密和有效的防旱抗旱管理模式，貫穿于干旱發(fā)生發(fā)展的全過程，其本質(zhì)是積極預(yù)防和降低干旱災(zāi)害風(fēng)險。

圖10 溫度突變前（a、c）、突變后（b、d）干旱致災(zāi)危險性（a、b）和災(zāi)損風(fēng)險性（c、d）空間分布（引自文獻(xiàn)［53］）Fig.10 Spatial distributions of drought hazard（a，b）and risk（c，d）before（a，c）and after（b，d）temperature jump（cited from literature［53］）

（1）構(gòu)建了干旱災(zāi)害風(fēng)險管理策略概念模型

張強(qiáng)等［46］基于不同風(fēng)險因子和風(fēng)險承災(zāi)體構(gòu)建了干旱災(zāi)害風(fēng)險管理策略概念模型（圖13）?？梢钥闯觯瑢τ谥聻?zāi)因子高危險區(qū)，可采取的策略主要包括加強(qiáng)人工增雨、提高露水利用率、規(guī)避高危險區(qū)以及采取農(nóng)耕措施減少土壤水分蒸發(fā)等；對于孕災(zāi)環(huán)境高敏感區(qū)，主要措施是改變生態(tài)、水文和土壤條件，如提高水分涵養(yǎng)能力、水資源保障能力和土壤保墑能力；對于防旱減災(zāi)能力弱的區(qū)域，需要集合多方面力量，加大抗旱防災(zāi)工程建設(shè)和技術(shù)開發(fā)投入、提高公眾對干旱的認(rèn)識以及加強(qiáng)干旱監(jiān)測、預(yù)測、預(yù)警等能力；對于承災(zāi)體高暴露區(qū)，主要措施是提高承災(zāi)體的抗旱能力。針對不同承災(zāi)體，一般是通過風(fēng)險預(yù)警、風(fēng)險規(guī)避、風(fēng)險控制和風(fēng)險應(yīng)對幾個步驟進(jìn)行風(fēng)險管理。對于農(nóng)業(yè)，可通過氣象干旱監(jiān)測進(jìn)行風(fēng)險預(yù)警，通過精細(xì)化種植規(guī)避干旱風(fēng)險，發(fā)展多元化和規(guī)模性經(jīng)營進(jìn)行風(fēng)險控制，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)干旱適應(yīng)技術(shù)的研發(fā)和農(nóng)業(yè)保險的推廣進(jìn)行風(fēng)險應(yīng)對；對于水資源，可通過氣象干旱監(jiān)測和抗旱應(yīng)急水源工程建設(shè)進(jìn)行風(fēng)險預(yù)警，提高工程的安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)、健全水資源調(diào)度系統(tǒng)、嚴(yán)格把控“三條紅線”制度的落實(shí)進(jìn)行風(fēng)險控制，加強(qiáng)高風(fēng)險區(qū)防洪抗旱體系建設(shè)、優(yōu)化水資源配置效率進(jìn)行風(fēng)險應(yīng)對；對于生態(tài)系統(tǒng)，可通過建立生態(tài)紅線和生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制提高風(fēng)險控制能力，實(shí)施生態(tài)移民、自然保護(hù)區(qū)等項目進(jìn)行風(fēng)險應(yīng)對。

圖11 氣溫突變前（a）、突變后（b）中國華南和西南地區(qū)干旱災(zāi)害風(fēng)險特征（引自文獻(xiàn)［46］）Fig.11 Characteristics of drought disaster risk in South China and southwestern China before（a）and after（b）temperature abrupt change（cited from literature［46］）

圖12 氣溫突變前后中國南方、北方和全國農(nóng)業(yè)旱災(zāi)綜合損失率平均值對比（引自文獻(xiàn)［18］）Fig.12 Changes of the average comprehensive loss rate of agriculture drought before and after the increases of annual average temperature in northern，southern China and the whole China（cited from literature［18］）

（2）提出了干旱災(zāi)害風(fēng)險防控技術(shù)對策

①充分發(fā)揮監(jiān)測評估信息的防控決策作用。通過技術(shù)手段提高干旱監(jiān)測預(yù)警能力，構(gòu)建實(shí)時有效的干旱預(yù)警平臺和干旱災(zāi)害綜合業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)，提高干旱災(zāi)害風(fēng)險評估和對策服務(wù)的時效性，是風(fēng)險防控管理的重要途徑［46］。

②充分發(fā)揮農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施作用。通過加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高水資源利用效率；通過加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施管理，合理開發(fā)和優(yōu)化配置現(xiàn)有水資源；通過科技發(fā)展，提高農(nóng)田灌溉節(jié)水能力，擴(kuò)大節(jié)水灌溉面積［70］。

③實(shí)施高效水肥利用技術(shù)。在工程方面，可采用噴灌、滴灌、滲灌等技術(shù)；在農(nóng)藝方面，可采用地表覆蓋、雙壟溝播、小畦改造等增溫保墑措施；在科學(xué)管理方面，根據(jù)作物需水關(guān)鍵期科學(xué)補(bǔ)水，提高水分利用率等［70］。

④加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)。在氣候脆弱區(qū)實(shí)施退耕還林還草、生態(tài)移民等措施，發(fā)展農(nóng)林牧漁復(fù)合型立體農(nóng)業(yè)，建立水源涵養(yǎng)林、防風(fēng)固沙林，積極發(fā)展資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的抗逆性和恢復(fù)力［46］。

⑤積極推廣農(nóng)業(yè)保險。立足各地實(shí)際，積極開展具有地方特色的農(nóng)業(yè)保險品種研發(fā)，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)氣象保險的“融合式”發(fā)展，有效減輕政府財政的干旱賑災(zāi)負(fù)擔(dān)，提高農(nóng)戶風(fēng)險防御水平［71］。

⑥大力開發(fā)空中云水資源。中國西北、西南地區(qū)分別約有15%、20%的水汽可在本區(qū)域形成降水［72］。對空中水資源利用的一個主要途徑是人工增雨（雪）。以祁連山區(qū)為例，飛機(jī)人工增雨（雪）的投入產(chǎn)出比在1：30以上，按照10%～15%的增雨（雪）率估算，河西走廊地區(qū)內(nèi)陸河流域年水資源增加量可達(dá)3.7×108～7.4×108m3［72］。因此，增加空中水資源利用對于緩解干旱有積極意義。

⑦陸面非降水性水分的開發(fā)利用。陸面非降水性水分主要包括水汽吸附、露水（或霜）和霧［73］。研究發(fā)現(xiàn)，非降水性水分是干旱和半干旱區(qū)的潛在水源，其貢獻(xiàn)率能達(dá)到甚至超過降水量，影響土壤—植物—大氣界面的能量平衡。同時，陸面非降水性水分的植物吸收利用率遠(yuǎn)高于降水，能夠快速降低植被體內(nèi)的水分虧缺，為植物受旱的恢復(fù)發(fā)揮關(guān)鍵作用［74-75］。因此，在干旱和半干旱區(qū)，陸面非降水性水分可以有效緩解季節(jié)性干旱的發(fā)展［76］。在實(shí)際操作中，可以從選擇有利氣候條件和開發(fā)最佳水分凝結(jié)面兩方面入手［77］。就局地氣候條件而言，可選擇少云、空氣濕度較大、風(fēng)速適中、近地層逆溫較明顯、表面溫度較低的平坦開闊區(qū)域放置非降水性水分收集系統(tǒng)。如黃土高原半干旱區(qū)露水形成的有利氣候條件是風(fēng)速為0.5～2 m·s-1，相對濕度大于80%，溫度露點(diǎn)差為-3～6℃，地氣溫差為-2～2℃［78-79］。就水分凝結(jié)面來說，一般要考慮凝結(jié)面形狀和結(jié)構(gòu)、絕熱性、反射率、親水性等因素［78-79］。

圖13 干旱災(zāi)害風(fēng)險管理策略概念模型（改自文獻(xiàn)［46］）Fig.13 Conceptual model of drought disaster risk management strategy（modified from literature［46］）

2 干旱研究的科學(xué)問題及展望

21世紀(jì)以來，中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室的干旱氣象科研合作團(tuán)隊在干旱監(jiān)測技術(shù)、干旱時空分布規(guī)律、干旱致災(zāi)過程特征、干旱災(zāi)害風(fēng)險及其對氣候變暖的響應(yīng)以及干旱災(zāi)害風(fēng)險管理與防御技術(shù)等方面取得了很多研究進(jìn)展。然而，由于干旱氣象科學(xué)問題的復(fù)雜性及社會發(fā)展對干旱防災(zāi)減災(zāi)要求的不斷提升，干旱氣象研究還存在很多問題和挑戰(zhàn)。例如，缺乏支撐干旱研究的綜合性野外觀測試驗(yàn)，對干旱氣候變化的影響、原因缺乏深入認(rèn)識，對干旱致災(zāi)過程及特征認(rèn)識較淺顯，對干旱判別及構(gòu)建干旱監(jiān)測指數(shù)的機(jī)理性研究不夠深入，對氣候變暖背景下干旱災(zāi)害風(fēng)險新特征的認(rèn)識還有待加強(qiáng)，對干旱災(zāi)害風(fēng)險管理與防御技術(shù)對策還需要進(jìn)一步細(xì)化，等等。隨著干旱災(zāi)害理論的不斷創(chuàng)新、多源數(shù)據(jù)的不斷豐富及技術(shù)手段的不斷提升，為解決這些問題提供了更多可能。未來，在干旱氣象研究方面有望在一些關(guān)鍵科學(xué)問題上取得新的突破：

（1）針對氣候變化背景下干旱高發(fā)區(qū)設(shè)計綜合性干旱觀測試驗(yàn)。國內(nèi)已相繼開展了一系列與干旱有關(guān)的科學(xué)觀測試驗(yàn)，這些試驗(yàn)主要關(guān)注植物干旱脅迫、土壤水分轉(zhuǎn)化等內(nèi)容，并主要集中在中國北方的傳統(tǒng)干旱高發(fā)區(qū)［80］，而對于陸—?dú)饽芰俊⑽镔|(zhì)循環(huán)等多要素和長時間的系統(tǒng)性觀測明顯不足［20］，對于干旱災(zāi)害鏈?zhǔn)絺鬟f過程的試驗(yàn)設(shè)計不夠，對于氣候變化導(dǎo)致的干旱災(zāi)害風(fēng)險變化特征的試驗(yàn)設(shè)計較缺乏，針對中國南方地區(qū)和季風(fēng)過渡帶等新重旱多發(fā)區(qū)的綜合性干旱科學(xué)試驗(yàn)布局較少。未來研究應(yīng)加強(qiáng)這些方面的設(shè)計和投入。

（2）加強(qiáng)干旱形成機(jī)理研究。中國干旱的發(fā)生和發(fā)展受季風(fēng)、海溫、高原熱力及動力、局地陸—?dú)庀嗷プ饔靡约叭祟惢顒拥纫蛩氐膮f(xié)同影響。同時，還要考慮大系統(tǒng)對干旱氣候及其災(zāi)害的影響，如高原北支繞流和翻越氣流、印度半島、印度洋、南海以及全球干旱特征、機(jī)制和不同干旱區(qū)的聯(lián)系。目前，許多研究主要從陸面強(qiáng)迫的角度進(jìn)行簡單考慮，忽視了陸—?dú)庀嗷プ饔玫挠绊懀?0］。同時，干旱事件還具有多時間尺度特征，輕旱可能是短期的單一時間尺度干旱事件，而重大干旱事件大多是多時間尺度疊加或轉(zhuǎn)換形成的［46］。因此，僅從單因素或某幾個因素認(rèn)識干旱形成和發(fā)展機(jī)理遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。氣候變暖對干旱的影響非常復(fù)雜，它可以通過多途徑影響干旱的發(fā)生發(fā)展過程，而這一過程中氣溫、降水、蒸發(fā)、濕度等要素之間的關(guān)系也是非線性的多層次、多途徑交叉耦合關(guān)系。對于氣候變化背景下中國干旱及其災(zāi)害時空分布特征形成的原因及對生態(tài)環(huán)境的影響研究還比較粗淺，有些結(jié)論尚停留在猜想階段［81］。未來研究應(yīng)基于多源資料的收集和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取，從不同維度和尺度定量研究干旱的形成機(jī)理。

（3）構(gòu)建多源數(shù)據(jù)融合和多方法結(jié)合的綜合干旱監(jiān)測新方法。不同區(qū)域不同時間尺度的干旱都有其特有的多因子協(xié)同作用規(guī)律和多時空尺度疊加轉(zhuǎn)換特征。干旱的發(fā)生發(fā)展通常是一個緩慢過程，但它又可能因一場較大的降水過程而結(jié)束，甚至發(fā)生旱澇急轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即干旱的發(fā)生與結(jié)束具有明顯的非對稱性特征。近年來驟發(fā)性干旱頻發(fā)，對該類型的干旱監(jiān)測、判識和預(yù)測提出更高的要求［82-85］。基于以上原因，現(xiàn)有的干旱監(jiān)測指標(biāo)存在對干旱發(fā)展過程刻畫不合理的問題，缺乏判識其發(fā)生發(fā)展的客觀定量閾值標(biāo)準(zhǔn)。對于農(nóng)業(yè)和生態(tài)干旱監(jiān)測，植物本身需水狀態(tài)和土壤供水情況是必須考慮的因素，尤其在灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)［86］。在未來工作中應(yīng)結(jié)合野外干旱綜合科學(xué)試驗(yàn)，加強(qiáng)對多源數(shù)據(jù)的獲取和利用，并結(jié)合陸—?dú)怦詈夏Ｊ剑瑯?gòu)建多源數(shù)據(jù)融合和多方法結(jié)合的綜合干旱監(jiān)測新方法。

（4）深化干旱災(zāi)害鏈?zhǔn)絺鬟f過程研究。目前，對于鏈?zhǔn)叫?yīng)較短且災(zāi)害效應(yīng)顯著的災(zāi)害鏈系統(tǒng)研究較多，如暴雨洪澇災(zāi)害鏈、臺風(fēng)災(zāi)害鏈、地震災(zāi)害鏈等［87-89］，而對于災(zāi)害傳遞機(jī)理復(fù)雜性高且鏈條長的干旱災(zāi)害鏈研究較少，研究體系仍未建立，且基于干旱災(zāi)害鏈的風(fēng)險評估研究不足［90］。已有研究通常從干旱災(zāi)害鏈理論出發(fā)，主要構(gòu)建了干旱災(zāi)害鏈?zhǔn)絺鬟f過程框架，且定性分析了典型區(qū)域的干旱災(zāi)害鏈特征［91］。未來研究中應(yīng)在多學(xué)科支撐下，主要從干旱災(zāi)害鏈識別、演化過程解析、構(gòu)鏈規(guī)律量化和斷鏈對策明確等方面入手，采用系統(tǒng)動力學(xué)演變模型、概率模型、模糊綜合評價、經(jīng)典地學(xué)統(tǒng)計等方法進(jìn)行定量化的干旱災(zāi)害鏈致災(zāi)機(jī)理及傳遞過程研究，更好服務(wù)于逐級干旱預(yù)警工作。

（5）精細(xì)化干旱災(zāi)害風(fēng)險特征和風(fēng)險管理研究。干旱災(zāi)害風(fēng)險包含了危險性、脆弱性、暴露性、敏感性、恢復(fù)力等要素，具有明顯的非線性和突出的動態(tài)性特征。目前的干旱災(zāi)害風(fēng)險評估主要有因子綜合分析法、概率統(tǒng)計法、物理模型法和情景分析法。這些方法在風(fēng)險形成、風(fēng)險表達(dá)、參數(shù)合理性和完整性方面存在明顯不足［46］。未來研究中應(yīng)加強(qiáng)對風(fēng)險因子作用機(jī)理的研究，明晰風(fēng)險傳遞進(jìn)程，構(gòu)建具有明確物理意義的干旱災(zāi)害風(fēng)險評估模型。需要指出的是，在干旱災(zāi)害風(fēng)險評估中存在數(shù)據(jù)時空分辨率較低的突出問題。例如，干旱災(zāi)損資料的記錄往往是定性描述，或是基于省、市行政單元，這無法滿足精細(xì)化的風(fēng)險評估要求。在未來研究中應(yīng)積極發(fā)揮多源數(shù)據(jù)優(yōu)勢，采用合理的數(shù)據(jù)融合方法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提高資料的廣度和精度。氣候變暖背景下，干旱災(zāi)害危險性發(fā)生顯著變化，同時也會對脆弱性、暴露性、恢復(fù)力等造成一系列影響［92］。現(xiàn)有研究對這一問題進(jìn)行了初步探討，但氣候變暖對干旱災(zāi)害風(fēng)險影響的機(jī)理性研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這也是未來研究需要關(guān)注的問題。干旱災(zāi)害風(fēng)險是一個動態(tài)變化的過程，如農(nóng)業(yè)承災(zāi)體對干旱的敏感性和恢復(fù)力與生育期密切相關(guān)，已有研究常常使用某個干旱指數(shù)變化來分析干旱發(fā)展?fàn)顩r，忽略了承災(zāi)體的特征，可能會得出錯誤的結(jié)論。在未來研究中應(yīng)針對特定區(qū)域的特定承災(zāi)體，借助試驗(yàn)和物理模型等手段，考慮承災(zāi)體的干旱敏感性特征，進(jìn)行動態(tài)的精細(xì)化干旱災(zāi)害風(fēng)險評估。

干旱災(zāi)害風(fēng)險管理主要通過對干旱災(zāi)害風(fēng)險進(jìn)行研判，確定風(fēng)險接受等級。對于可接受的風(fēng)險，在結(jié)合其他決策依據(jù)及風(fēng)險交流與監(jiān)測基礎(chǔ)上，形成干旱災(zāi)害風(fēng)險管理決策；對于不可接受的風(fēng)險，則需要集合人力物力，采取預(yù)防、減緩和防備等行為，或通過保險等風(fēng)險轉(zhuǎn)移手段，有效避免、減少干旱災(zāi)害的不利影響。這是一種技術(shù)、機(jī)制和政策相互匹配的科學(xué)有效的風(fēng)險管理體系［46，93-94］。在未來研究中應(yīng)豐富和細(xì)化干旱災(zāi)害風(fēng)險管理策略模型，制定具體的行動計劃，保障其順利運(yùn)行。

3 結(jié)束語

21世紀(jì)以來，依托中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室平臺開展的與干旱氣象相關(guān)的科研項目群在干旱監(jiān)測技術(shù)、干旱時空分布規(guī)律、干旱致災(zāi)特征、干旱災(zāi)害風(fēng)險及其對氣候變暖的響應(yīng)以及干旱災(zāi)害風(fēng)險管理與防御技術(shù)等方面取得了很多成果，對推動干旱氣象研究發(fā)展起到積極作用。在研究內(nèi)容上，從最早的僅關(guān)注降水，到現(xiàn)在的與氣候變化、生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等緊密結(jié)合的研究新格局，推動干旱災(zāi)害風(fēng)險管理與防御技術(shù)研究進(jìn)入新階段，形成了在國內(nèi)外有影響的干旱氣象科學(xué)研究團(tuán)隊。但是，中國地理位置的獨(dú)特性以及氣候變化和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，使得干旱問題愈加復(fù)雜，中國的干旱氣象科學(xué)研究還面臨諸多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步加大相關(guān)科研力量和經(jīng)費(fèi)的投入，針對研究重點(diǎn)和難點(diǎn)問題進(jìn)行科技攻關(guān)，提高干旱防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)能力。在社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)全面進(jìn)步的當(dāng)下，人們對于干旱防災(zāi)減災(zāi)的需求大幅增加，尤其在氣候變化背景下對干旱氣象研究提出了許多新的科學(xué)問題和發(fā)展需求。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，地-空觀測體系、數(shù)值模擬技術(shù)、計算機(jī)智能化等不斷完善和進(jìn)步，未來中國干旱氣象科學(xué)研究在瞄準(zhǔn)國際前沿和熱點(diǎn)的同時，將緊密結(jié)合中國建設(shè)發(fā)展的實(shí)際需求，進(jìn)一步提升中國干旱氣象科技的國際影響力。