兰州大学研究团队重建万年干湿变化 揭示西北干旱区干湿分异机制

在全球气候变化的大背景下，干旱半干旱区的水资源演变正成为科学界与社会关注的焦点。我国西北干旱区自 20 世纪 60 年代以来呈现出显著的区域差异：西部逐步 "暖湿化"，而东部黄河上游区域却持续 "干旱化"。这种差异背后的深层机制是什么？兰州大学李育教授团队通过对黄河上游地区地层及表土沉积物的系统研究，结合代用指标分析与古气候模拟，重建了该区域全新世（约 1.17 万年前至今）的干湿变化过程，揭示了长时间尺度下控制该区域干湿变化的主要机制。相关研究成果以《Monsoon marginal zone's dry/wet status and their links with tropical ocean-atmosphere interactions during the Holocene》为题，发表于《Science Bulletin》。

全球约42%的陆地属于干旱和半干旱区，承载着世界38%的人口。这些地区普遍面临水资源短缺、水土流失严重及生态系统脆弱等问题。在气候变化与人类活动的双重压力下，干旱区关键水文要素的变异性及水资源供给的不确定性进一步加剧，导致该地区经济发展与生态保护之间的水资源矛盾愈发突出。系统阐明干旱半干旱区水资源演变的多时空尺度过程与机理，不仅是重要的前沿科学问题，也是保障西北干旱区生态安全、推动国家“五位一体”总体战略布局的关键。

目前针对多要素、多过程、多尺度水资源演变的综合研究明显不足，尤其是在多时空尺度气候变化影响机制及不同时空尺度驱动要素联动关系方面存在显著空白，这限制了对未来水资源演变趋势的精准预测。湖泊作为全球生态系统的重要组成部分，是干旱半干旱区水资源演变的重要指示器。李育教授以湖泊演化过程与模拟为研究手段，围绕干旱区水资源演变的多时空尺度机制这一科学问题，已取得一系列研究成果。

李育教授深耕祁连山全新世气候环境与水资源演变研究多年，建立了祁连山及周边内流区湖泊演化研究网络。研究团队依托祁连山连续的湖泊沉积剖面，结合其上游风成沉积剖面的年代数据与代用指标，对该区域全新世水资源的演变过程及其影响因素开展了研究。结果显示：晚冰期（末次冰期的最后阶段，约1.4万-1.17万年前的地质时期）至早全新世期间（1.17-0.83万年前），湖泊水位逐步上升；中全新世时期（0.83-0.42万年前），湖泊面积广阔、水位较高；进入晚全新世后（0.42万年前至今），湖面呈下降趋势，河流出现下切现象。在此基础上，团队利用优选的PMIP4古气候模型组合发现，该区域全新世气候变化的影响因素源于热带海气相互作用（ENSO，即厄尔尼诺-南方涛动，是热带太平洋海气相互作用形成的气候振荡现象）。观测数据显示，近年来西北地区呈现气候暖湿化趋势，但未来ENSO的振幅可能大幅增加。这将导致流域水文演变模式改变，进而引发极端干旱事件。

图1 祁连山及周边内流区湖泊演化研究网络

西北地区“变暖变湿”现象已引发社会广泛关注，《人民日报》《中国科学报》《中国气象报》等官方媒体也多次报道这一现象。李育教授团队结合湖泊能量与水量平衡模型，对末次冰盛期（末次冰期中气候最冷、冰川规模最大的时期，约2.6万-1.9万年前）以来东中亚干旱半干旱区的湖泊水循环演变进行了连续模拟。结果表明，末次冰盛期以来，东中亚干旱区东西两侧的水资源演变呈现两种不同模式：东侧湖泊水位呈上升趋势，西侧则呈下降趋势。这一差异主要源于季风与西风环流带来的水汽输送差异，以及湖泊蒸发效应的不同。基于气候模拟与柯本气候分类，研究发现东中亚干旱半干旱区中全新世与现代暖期的气候类型格局相似，但在不同时空尺度上，水资源演变存在差异。随着未来西风环流摆动幅度增大，我国西北可能延续暖湿化趋势，但东中亚干旱半干旱区的气候类型格局将保持相对稳定。

图2 LGM以来干湿状况的时空特征

末次冰盛期因北极冰量大、温室气体含量低，可作为现代全球变暖的反向对比期。研究团队通过观测、记录与模拟的融合研究，构建了全球干旱半干旱区湖泊演化与碳埋藏数据库。结果显示，全球干旱区可按季节性降水模式分为夏雨区和冬雨区：末次冰盛期时，冬雨区湖泊呈现高湖面特征，中全新世湖面则较低；而夏雨区在末次冰盛期湖泊水位较低，中全新世水位上升，温室气体和北极冰量是驱动全球尺度末次冰盛期以来水资源演变的主控因素。通过全球末次冰盛期的干湿格局反推未来暖期变化发现，全球约22.81%的陆地将遵循“干更干、湿更湿”假说，其中北美洲西南部、南美洲西南部、地中海地区、北非、南非及亚洲部分地区的水资源可能更加紧缺。

图3 未来暖期“干更干、湿更湿”模式的验证。阴影区域则代表未来将呈现“干更干、湿更湿”模式的地区

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