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为干旱区生态恢复和环境整治提供科学支撑

兰州大学西部环境教育部重点实验室陈发虎院士团队创造性提出亚洲中部干旱区气候变化规律的“西风模态”及其形成的物理机制。该成果近日发表于国际地学期刊《地球科学评论》。

论文的通讯作者中科院陈发虎院士说，在气候变化学界，季风及其气候效应的研究比较早，季风变化模式已基本形成共识。1996年，陈发虎在研究干旱区气候变化时，发现该区域湿度演变过程可能具有特殊性。

2008年，团队在博斯腾湖等地开展古环境重建，整合了亚洲中部干旱区12个高质量的湖泊记录，集成了一条11500年以来的分辨率达到200年的湿度演变序列。发现研究区早全新世以干旱气候为特征，而中晚全新世则相对湿润，与季风区变化存在显著差异，并据此提出了全新世气候变化“西风模态”理论框架。

此后，团队在亚洲中部干旱区基于湖泊记录开展了过去千年来的分辨率达到10年的水文气候变化研究。发现与之前的中世纪暖期（公元1000到1300年）相比，干旱区在小冰期（公元1400到1900年）相对更为湿润，而季风区则相对干旱。随后，团队又利用现代观测资料及树轮，重建过去数百年的干旱指数，发现近几十年来季风区降水和湿度在减少，而干旱区降水和湿度在增加。因此，在百年到年代际尺度来看，季风区与干旱区的湿度和降水变化相反。

该论文的共同第一作者、团队成员、兰州大学资源环境学院教授黄伟说，基于现代气候背景，团队划分出了“西风模态”核心区的空间范围，剔除了季风边缘区的干扰。以核心区内新疆天山北坡和伊犁河谷黄土—古土壤剖面为地质载体，重建了核心区全新世以来的干旱区湿度变化过程。研究发现，全新世早期气候干旱，到距今6000年左右突然变湿润，在晚全新世变得更加湿润。完善了“西风模态”全新世气候变化特征。

团队成员靳立亚教授通过数值模拟实验，发现早全新世夏季太阳辐射较高，导致夏季温度升高，进而副热带高压向北移动，造成“西风模态”核心区降水减少。同时早全新世夏季太阳辐射高也会导致西风减弱，进而导致“西风模态”核心区降水减少。与此对应，早全新世冬季太阳辐射低，温度降低，上游洋面蒸发减弱，水汽减少，同时低太阳辐射导致西风的减弱，两者共同作用也导致“西风模态”核心区降水减少。研究结论揭示了在全新世亚轨道尺度（数千年的变化）上，“西风模态”形成的物理机制。

黄伟说，原来学界认为中国西北干旱区的降水主要由西风控制，但我们研究发现，来自印度洋的水汽对西北降水也有重要影响。不仅如此，在百年到年代际尺度上，除了早被人们熟知的“南涝北旱”外，其实中国的湿度和降水存在“三极子”的有趣现象，即当我国西北地区相对湿润时，华北地区会变干旱，东南也会变得湿润，而当西北地区干旱时，华北地区会变湿润，东南地区则相对干旱。

陈发虎表示，此项研究成果推动了我国气候环境空间分异的认识从“静态”上升到“动态”层面。实现了空间思想指导下，对古气候学和全球变化科学的丰富和发展。研究还能为干旱区未来的生态恢复和环境整治提供科学支撑。