对话丁一汇——未来气候:干旱与暴雨相伴?

　　

　　近期发表在《自然》杂志网站上的一篇研究报告指出，由于受到水分供给的限制，全球土壤水分蒸发蒸腾总量呈下降趋势，而近期由蒸发蒸腾作用返回到大气中的土壤水分已经降低到年降水量的60%。

　　蒸发蒸腾是全球气候系统的关键组成部分，研究人员认为，全球土壤水分蒸发蒸腾总量呈下降趋势的原因在于全球水循环加快，而这种状态可能给部分地区带来更多的雨水，但同时也会加剧大多数地区的干旱。

　　从1982年到1997年，全球蒸发蒸腾量平均每年增加7毫米左右，全球土壤水分蒸发蒸腾作用原本不断加剧，直到2008年这10多年，全球蒸发蒸腾量的增加几乎突然停止了。这种改变只是气候自然变化的一种典型表现，还是反映了地面水循环在长期内的重建？水循环加快会给我们带来怎样的严重后果？我们请中国工程院丁一汇院士予以解读。

　　全球水循环或正在重建：十年间，地面水蒸发量增加的趋势明显减缓甚至被逆转

　　辽宁日报：近日，《自然》杂志网站上的一篇研究报告指出，全球土壤水分蒸发蒸腾总量近10年呈下降趋势，部分地区将更加干旱。事实是这样吗？

　　丁一汇：据我所知，国外的一些研究人员对1982年到2008年间的全球土壤水分蒸发蒸腾总量的趋势进行了计算。他们发现，从1982年到1997年这段时间内，全球土壤蒸发蒸腾量平均每年增加7毫米左右，但在1998年的厄尔尼诺气候事件之后，一直到2008年，地球陆地表面水蒸发量增加的趋势明显减缓甚至被逆转。

　　他们认为，这种改变主要是受到南半球，尤其是非洲和澳大利亚水分限制的影响。观测数据显示，非洲和澳大利亚的土壤水分从1998年到2008年一直在下降，而土壤水分减少又进一步限制了蒸发蒸腾作用，这在很大程度上解释了近年来全球地面蒸发蒸腾总量呈下降趋势的原因。

　　辽宁日报：根据他们的研究，也就是说在非洲和澳大利亚等地，陆地表面的降水量少于蒸发量，土壤中的水分有蒸发需求，但没有降水供应。

　　丁一汇：按照正常的情况，蒸发的水分都会以雨水的形式返回地面，还有从海面上蒸发的水分也可以到达陆地，补充陆地降水。如果一个地区的降水量一直不能供应蒸发量的话，那么这个地区土壤中的水分会持续下降，土壤会变得更加干旱。至于为什么南半球陆地表面越来越干燥，以及这种趋势是否会持续下去，目前还不清楚。中国的情况是大致类似的。我们的研究表明，由蒸发皿测量的蒸发（未包括植物叶面蒸发）近30年总体是下降的，大多数科学家认为，由于大气中气溶胶（悬浮在大气中的固态粒子或液态小滴物质的统称）增加后削弱了到达水面的太阳辐射，水面热量不足而导致蒸发量减少。但地表的实际蒸发是不同的，它是计算出来的，主要表现为上升。两者并不一致，被称为蒸发悖论。随着气候变暖，有人认为两者会逐渐趋于一致。近10年，从全球尺度看，两者都呈减少趋势。

　　辽宁日报：近几年来全球气候异常，并不是只有干旱这一种极端天气，全球多数陆地在北半球，除了干旱，部分地区也遭受洪涝、台风等极端天气。

　　丁一汇：近年来，一些国家和地区极端气候事件的发生十分明显，我国也是如此，遭遇了很多自然灾害，如，今年的西南五省干旱以及之后南方部分地区的洪涝。全球气候变化异常，原因之一是气候变暖导致水循环变化，从而导致了全球包括中国暴雨干旱发生频率的增加。

　　水循环加快的后果：要么不下雨，要么下场暴雨

　　辽宁日报：比起以往，有什么证据可以表明现在全球水循环已经加快？

　　丁一汇：水循环是一个多环节的庞大动态系统，可以分为海陆间的水循环以及陆上内循环和海上内循环。我们这里指的主要是海陆间的水循环，因为海洋的面积占地球面积的70%，陆地上的多数降水大都来自海洋蒸发的水分。我们最近计算了多年的海洋水汽蒸发和大气中水汽含量，发现全球最主要的水汽来源于海洋，特别是热带的海洋，因为热带气温最高，蒸发也特别明显。水分在蒸发以后，部分在当地凝结成云，但大部分通过大气环流到达陆地，然后降水到陆地。而这些降水有的融入土壤当中，通过蒸发和植物的蒸腾作用再次回到空气当中，有的流入河流，成为地上和地下径流，汇入大海。这样周而复始，不断地给陆地带来降水。

　　一般情况下，全球的大气水分交换的周期为7天左右，而现在全球气候变暖后，大气运送水汽的速度也增快了，最快在6天之内可以完成一次全球的大气水分交换，表明现在全球水循环加快。但这个结果主要是根据气候模式计算得到的，有一定的不确定性。

　　辽宁日报：具体是怎么导致大气运送水汽速度加快的？

　　丁一汇：气候变暖后，陆地和海洋表面的气温都会增加，因而，实际的蒸发蒸腾量也会增加，海洋的蒸发量增加了，大气中水汽含量也会增加。

　　众所周知，夏天的海洋比陆地的地面气压要高，海洋上空饱含水汽的空气在高气压的推动下经常向陆地移动，在空气饱和达到降水条件的情况下，可降水到陆地。气候变暖后，海洋的蒸发量明显加大，海洋可以源源不断地提供更多的水汽，并输送到陆地地区，从而导致降水强度的增加，因而，不仅是水循环的速度加快，参与水循环的量也在增大，即水循环加强了。

　　辽宁日报：按照水循环加快和加强的这个结果，我们所在的陆地应该会有更强的、更多的降水，不应该出现干旱啊？

　　丁一汇：我们需要注意，全球变暖对于全球水循环的影响有两个方面。一方面是我们上面所谈到的加快水循环的速度和强度，另外一方面就是会增加大气的持水能力。由于在暖气候下，海洋蒸发增加，大气本身的含水量增加，一般而言，当温度每升高1℃，大气含水量可提高约7%。但气候变暖后，由于温度上升也同时使大气的持水能力增强，即饱和比湿增加，这意味着需要更多的水汽，大气才能达到饱和，达到降水条件。如果达不到饱和状态，大气就会不断地吞噬水分，并封存在大气中，不会以降水形式落下，使陆地更加干燥。反之，如果大气实际的含水量增加很快、很大，很容易达到饱和，达到了降水条件，就会发生降水，但强度会加强，从而可能导致洪涝灾害。

　　辽宁日报：要么就不下雨，持续干旱，要么就下场暴雨。

　　丁一汇：另外，必须提到的一点是，气候变暖同时导致大气环流出现异常。我们知道，仅仅依靠局地或区域的蒸发蒸腾是很难将海面上的水汽输送到遥远的陆地的，我们需要的就是大气环流。如果没有大气环流异常，空中的水汽一般按照纬向流动，无法到达其他更高或更低的纬度，因而无法在这些地区达到降水条件。

　　以往的大气环流多纬向流动，在纬向移动的情况下，南方的暖湿气流可以到达纬度较低的内陆，带来降水。而在气候变暖的影响下，现在经向流动多起来。这种情况下，当北方冷空气南移，就容易在较低纬度产生暴雨；当南方暖湿气流北移，就容易在北方产生暴雨。这也正是今年夏季我国东北松花江不断出现暴雨与日本的热浪同时盛行以及俄罗斯热浪、森林大火与巴基斯坦大洪水同时发生的一个重要原因。

　　这种变化导致更强的降水和更多的干旱发生，主要表现为小到中雨频率普遍减少，而大雨与暴雨强度和频率增加。与此同时，全球大部分地区的干旱面积也在增加，干旱化呈上升趋势，特别是近30年干旱明显加剧。

　　辽宁日报：我国也存在这种干旱加剧的情况吗？

　　丁一汇：近半个世纪以来，我国北方干旱面积扩大迅速，尤其在黄河和海河流域，淡水资源紧缺。这与近半个世纪以来我国夏季降水分布格局的改变密切相关。自上世纪70年代末以来，主要雨带由华北地区逐渐南移到长江流域和华南地区，使北方出现了长达30多年的长期干旱，而南方暴雨与洪水频繁发生。

　　中国降水格局的变化是亚非大范围地区干旱变化的一部分，而这与全球水循环密切相关，归根到底是全球气候变化的结果。如何减缓和适应水循环变化带来的负面影响，将是中国解决水资源问题的一个重大挑战。

　　重大挑战：农业首当其冲，成本将大幅增加

　　辽宁日报：由于水循环的加快，有国外专家认为，全球水循环可能正在改变甚至重建。我们想知道，水循环加快究竟只是气候自然变化的一种典型表现，还是反映了在气候变暖条件下地面水循环在长期内的重建？

　　丁一汇：全球水循环的变化由两种原因造成，一是全球变暖使全球水循环加快、加强，这在前面说过了。但是也明显受到自然因素的影响，主要是海洋状况也会出现准周期性的变化，并通过海气相互作用影响蒸发量。目前最明显的是60－80年周期，其次是20－30年周期，它们影响着变化中的全球水循环，使其出现长周期的脉动或异常。因而，实际上全球水循环变化是上两种原因造成的结果之叠加。从这个意义上说，将来的全球水循环既有重建的一面，又有准周期振荡的一面。目前科学水平的认识还不能确定哪一个因素为主。

　　辽宁日报：不管水循环是否在长期内重建，气候变化在一个时间尺度内是有发展规律可循的吧？

　　丁一汇：有啊！就以厄尔尼诺现象和拉尼娜现象为例，厄尔尼诺现象每2-7年出现一次，持续一年，而拉尼娜一般会随着厄尔尼诺现象而来，出现在厄尔尼诺现象的第二年，有时拉尼娜现象会持续两三年。除了这些较短时间尺度的天气规律，我们还有一些几十年一变、甚至以百年为周期的气候振荡现象，都可以帮助我们预测气候变化。

　　辽宁日报：水循环加快，造成全球气候异常，不仅给气象部门的预报工作带来困难，如何减缓和适应水循环变化带来的负面影响也是一个非常重要的问题。

　　丁一汇：不可否认，水循环加快将会带来一些有利的影响，比如说：温度升高使中高纬度的一些地区由于降水增加，存在着作物增产的可能；全球木材供应可能会增加；对某些缺水地区的居民来讲，可用水量可能增加；中高纬度地区居民因冬季寒冷的死亡率降低；由于出现暖冬，取暖所需能源减少。

　　但是水循环加快对于人类来说是弊大于利，尤其在热带和副热带地区。水循环加快不仅会导致农业受到影响，同时水资源问题也是个重大的挑战。

　　辽宁日报：我国是农业大国，水循环加快主要影响的就是降雨，这无疑关系到农业的发展大计。

　　丁一汇：种植业首当其冲受到冲击。气候变暖使蒸发加大，如果降水量不明显增加，有研究表明，将会使我国农牧交错带南扩。东北与内蒙古相接地区农牧交错带的界线将南移70公里左右，华北北部农牧交错带的界线将南移150公里左右，西北部农牧交错带界线将南移20公里左右，草原的面积将因此增加。但农牧过渡带是潜在的沙漠化地区，沙化威胁巨大。

　　农业生产成本将大幅增加。模式研究表明，到2030年，我国种植业产量在总体上因全球变暖可能会减少5％~10％左右，其中小麦、水稻和玉米三大作物均以减产为主。但也有有利的一面。年平均温度增加1°C，大于10°C积温的持续日数全国平均就延长15天，冬小麦的安全种植北界也将由目前的长城一线北移到沈阳——张家口——包头——乌鲁木齐一线。到2050年，气候变暖将使三熟制的北界北移500公里之多，从长江流域移至黄河流域；而两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部，一熟制地区的面积将减少23.1％。

　　辽宁日报：水循环加快对水资源本身的影响是什么？

　　丁一汇：淡水供应将变得更少，水污染的风险也会增大。全球变暖会影响整个水循环过程，可能使蒸发加大，改变区域降水量和降水分布格局，增加降水极端异常事件的发生，导致洪涝、干旱灾害的频次和强度增加，以及使地表径流发生变化。

　　我国七大流域天然年径流量整体上呈减少趋势。其中，长江及其以南地区年径流量变幅较小；淮河及其以北地区变幅最大，海河、黄河与辽河流域减幅明显，松花江变化较校全球变暖还使得我国各流域年平均蒸发增大，其中黄河及内陆河地区的实际蒸发量将可能增大15％左右。

　　在干旱年份，气候变暖引起的缺水量将大大加剧我国华北、西北等地区的缺水形势，对农业灌溉用水的影响远远大于对工业用水和生活用水的影响，尤其是在降水减少和蒸发增加的地区。有研究预计，2030年黄河流域缺水量约为150亿－200亿立方米，海河流域将缺水100亿立方米。全球变暖将使降水变率随着平均降水量的增加而发生变化，蒸发量也会因全球平均温度增加而增大，这可能意味着未来水分平衡会发生变化。

　　由于蒸发量加大，河水流量趋于减少，河流原有的污染程度可能会加重，特别是在枯水季节。同时，河水温度的上升，也会促进河流里污染物沉积、废弃物分解，进而使水质下降。暴雨加剧也会导致更多的污染物更快地向江河、湖泊汇集，加重富营养化过程，导致水污染（如蓝藻）更快暴发。

　　辽宁日报：水循环加快导致极端气候频发，也就会增加地质灾害，给人类的生存也带来许多不利吧？

　　丁一汇：水循环加快对人居环境产生影响，居住在河边和海岸带的居民受水循环加快最普遍、最直接的威胁是洪涝和滑坡。人类居住目前正遭遇包括水和能源短缺、垃圾处理和交通等环境问题，这些问题因高温、多雨而加剧。人口居住密度很高的低海拔海岸区的城市，更是经常处于气候极端事件尤其是洪水、海岸侵蚀等的威胁之中。在我国，居民收入大部分来源于受气候支配的初级资源产业，气候变暖对我国的不利影响将更严重。

　　辽宁日报：谢谢丁老师为我们解读！

　　专家档案

　　丁一汇中国工程院院士，中国气象局气候变化特别顾问，国家气候变化专家委员会副主任。在气候变化、亚洲季风以及中国灾害性天气方面做出创造性研究成果。创建国家气候中心，建立了中国新一代气候综合业务系统。1995年获国家自然科学二等奖（排名第二），2002年获何梁何利科学进步奖，2003年获国家科技进步一等奖（排名第一），2005年获国家科技进步二等奖（排名第二），同年获世界气象组织杰出成就奖。在国内外正式刊物发表论文300余篇，中英文专著15部。