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环境学院史海匀课题组在干旱研究方面取得系列研究成果

2020-07-06

日前,南方科技大学环境学院副教授史海匀课题组在受气候变化影响下的干旱研究方面取得一系列研究成果,并在Journal of Geophysical Research: Atmospheres(Nature Index期刊)和Journal of Hydrology等高水平期刊上连续发表4篇学术论文。
    干旱可以分为气象干旱、水文干旱、农业干旱和社会经济干旱四大类。结合中国南北发展特征的差异,史海匀课题组深入探讨了干旱对我国典型区域的不同影响:选取经济发达的珠江流域,重点研究社会经济干旱;选取农业大省黑龙江,重点研究农业干旱。
    社会经济干旱是指由自然系统与社会经济系统水资源供需不平衡造成的异常水分短缺现象。为了更好地识别干旱,史海匀副教授之前已经通过分析不同未来气候变化情景下供水与需水之间的差距,提出了一种综合考虑干旱持续时间和缺水程度的新指数,即社会经济干旱指数(SocioEconomic Drought Index, SEDI),并在东江流域获得了成功应用。为验证该指数的可靠性和有效性,史海匀课题组进一步将该指数应用于整个珠江流域,结果显示:将其与历史实测流量数据结合,该指数可准确识别已经发生的社会经济干旱;与预测流量数据结合,该指数则能够识别未来可能发生的社会经济干旱。此外,史海匀课题组进一步考虑了区域水资源系统的弹性,提出了水资源系统弹性指数(Water Resources System Resilience Index, WRSRI)的概念用来表征一场社会经济干旱事件的前期缺水能够从后续过剩的水量得到补偿的比例,并将WRSRI融入到社会经济干旱事件的识别过程中,提出了一种改进的社会经济干旱事件识别方法。该指数的提出,使其他识别干旱的相关参数在某种程度上得到统一,并且可以较为快速地评估研究区域对社会经济干旱的承载力。此外,研究还对WRSRI进行了敏感性分析,对比了不同WRSRI取值对社会经济干旱事件数目、干旱时长以及干旱程度等的影响,从而可为更好评估在未来人口增长和气候变化下的社会经济干旱提供科学依据。

图1 社会经济干旱事件(阴影部分)示意图

图2 识别的社会经济干旱事件数目、干旱时长随WRSRI的变化

    不同于社会经济干旱,农业干旱主要表现为气象干旱的某些特征(如土壤含水量)对农业生产的影响。史海匀课题组以我国农业大省黑龙江为研究区域,深入探究了玉米不同生育期内干旱的时空变化特征及对玉米气候产量的影响。研究结果表明:黑龙江大部分地区未来仍将呈现干旱趋势,并且存在明显的周期性变化特征,生育中期的干旱对玉米气候产量的影响较大。此外,研究发现气温是影响黑龙江地区玉米产量的主要因素,由于气温与大气环流模式关系密切,因此,该地区的玉米产量也与大气环流模式关系紧密。在研究气候变化对农业的影响(特别是产量预测方面)时,须把产量中的气候因素分离出来。该研究成果可为更好理解中国(尤其是高纬度寒区)的粮食产量对气候变化的响应提供科学依据。

图3 玉米不同生育期内干旱的变化趋势及持续性

图4 玉米不同生育期内干旱与产量的关系

    为研究高纬度寒区在对气候变化的响应上是否与全球趋势存在不同之处,史海匀课题组深入分析了1960-2015年黑龙江省不同季节的最高气温、平均气温和最低气温的时空变化趋势。研究结果表明:该地区的气温变化在总体上受到全球变暖的影响,其中,最低气温的增长最显著,冬季增温幅度最大,但从2000年开始存在明显的气候变暖间歇期,气候变暖增速减缓甚至出现负增长。该研究成果为更好了解高纬度寒区对全球变暖的响应提供科学依据,也可为进一步研究区域粮食产量提供参考,具有重要的应用价值。

图5 不同年代际等温线迁移过程

 

    在上述四篇已发表论文中,史海匀副教授均为唯一通讯作者,南方科技大学为论文第一单位和唯一通讯单位,前两篇论文的第一作者为南方科技大学环境科学与工程学院助理研究员刘苏宁博士,后两篇论文的第一作者为南方科技大学环境科学与工程学院博士生周照强。相关研究得到了国家自然科学基金、国家环境保护流域地表水-地下水污染综合防治重点实验室以及广东省土壤与地下水污染防控及修复重点实验室等的支持。

    注:本通讯稿封面相关图片,部分来源于网络。

    相关文章链接:

1. Liu S.N., Shi H.Y. *, Sivakumar B., 2020. Socioeconomic drought under growing population and changing climate: A new index considering the resilience of a regional water resources system. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, in press.

2. Liu S.N., Shi H.Y. *, Niu J., Chen J., Kuang X.X., 2020. Assessing future socioeconomic drought events under a changing climate over the Pearl River basin in South China. Journal of Hydrology: Regional Studies, 30, 100700.

3. Zhou Z.Q., Shi H.Y. *, Fu Q., Li T.X., Gan T.Y., Liu S.N., Liu K., 2020. Is the cold region in Northeast China still getting warmer under climate change impact? Atmospheric Research, 237, 104864.

4. Zhou Z.Q., Shi H.Y. *, Fu Q., Li T.X., Gan T.Y., Liu S.N., 2020. Assessing spatiotemporal characteristics of drought and its effects on climate-induced yield of maize in Northeast China. Journal of Hydrology, 588, 125097.