干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险特征研究进展与展望*

张 强 李栋梁 姚玉璧 王芝兰 王 莺 王 静 王劲松 王素萍岳 平 王 慧 韩兰英 司 东 李清泉 曾 刚 王 欢

1 引 言

全球变暖不仅导致干旱事件更加频繁，而且使干旱发生和发展规律变得更加异常，形成机制和影响过程变得更加复杂，且已对全球不同领域造成了广泛影响，严重危害人民群众生产、生活和生命、财产安全，给国家和社会造成了巨大的经济损失，也对干旱监测、预警提出了更严峻的挑战（Douville，et al，2021；江洁等，2022；张强，2022；Yuan，et al，2023）。中国是干旱灾害频发区，大范围区域性干旱使农作物年均受灾高达2090 万hm2，年粮食减产从数百万吨到3000 多万吨，造成的年均直接经济损失高达440 亿元（Su，et al，2018）。全球变暖造成中国干旱程度不断加重，干旱格局也发生了明显变异，从过去南涝北旱，向南旱北涝转变（马柱国等，2018；韩兰英等，2019；张强等，2020）。在2022 年夏季中国长江流域高温干旱事件中，西太平洋副热带高压（下称西太副高）西伸程度明显超过了以往90°E 的最大临界范围，高温持续日数也为1951 年有气象观测记录以来的最大值（郝立生等，2022）。尤其是8 月长江流域出现干旱的站点达到了92%，其中重旱到特旱站次比高达54%（李忆平等，2022）。这次干旱的影响从气象干旱传递到水文干旱和生态干旱，甚至在有些区域还波及到水利调度和电力需求等社会干旱领域，较以往影响更为深刻而广泛（孙昭萱等，2022）。因此，对干旱形成机制、预测理论方法及其灾害风险管理等方面都提出了新的需求和挑战。对干旱形成的多因子相互作用机理的认识不深入、对干旱灾害风险内在规律的理解不全面、对干旱致灾因子和干旱灾害风险特征的变化不明晰等一系列突出科学问题，均严重制约着中国干旱监测预警、防旱减灾和生态文明建设保障能力的提升（王欢等，2020；张强等，2020；王莺 等， 2022； Lisonbee， et al， 2022； Wang， et al，2022）。

干旱研究作为一门多学科交叉的领域，十分复杂且地域性突出。气候变化导致干旱问题的复杂性进一步加剧（翟盘茂等，2021）。虽然以往研究已认识到青藏高原积雪、海温和夏季风等因子对干旱具有影响，大气蒸发需求（用无水分限制条件下的陆面最大蒸发定量表征）也是干旱发生的主要驱动因子（Seneviratne，et al，2021），但对干旱形成和演化的影响因子认识不系统，对多因子协同影响关系及其与干旱形成的关联性知之甚少（王欢等，2020；王劲松等，2022）；而且，在全球变暖背景下，大气环流、海洋和陆面热力等外强迫因子时空演变表现出许多新特征，使干旱灾害监测、预测和影响评估难度增大（王欢等，2019；Si，et al，2020，2021）；同时，全球变暖导致干旱致灾因子发生了新的变异（Zhang，et al，2022），孕灾环境敏感性、承灾体暴露度和脆弱性也发生了一系列连锁响应，干旱灾害风险不确定性增大，干旱灾害风险的静态评估理念已不适应风险管理的新形势，需要发展能反映气候变化影响的干旱灾害风险评估新方法（金菊良等，2016；Wang，et al，2017；聂明秋等，2020）。

从国家干旱防灾、减灾需求来看，弄清干旱形成和演化的关键因子及其作用过程、完善全球变暖背景下对干旱灾害形成和演变机理的认识，是提高干旱灾害监测、预测能力和风险管理水平的有效途径之一。基于此，近10 多年来在国家重点基础研究发展计划（973 计划）课题①课题名称“气候变暖背景下我国南方旱涝灾害风险评估与对策研究” “气候变暖背景下亚洲季风与我国南方旱涝灾害的关系”。等多个国家级项目的支持下，针对干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险的一些关键科学问题开展了比较系统的研究。这些课题互相结合和传承，充分发挥项目群作用，取得了一系列新的科学认识和研究进展，形成了系统性的重要科研成果，得到科技界的认可和肯定②研究成果“干旱灾害形成机制与风险特征及预测调控技术”获得2021 年度甘肃省科技进步一等奖。。

为便于中外同行了解研究的最新进展，文中对这些工作进行系统总结和凝练，梳理主要科学成果，归纳重要科学认识。并在此基础上，对该领域未来研究方向进行初步展望，提出需要重点关注的科学问题，为学术界系统了解该领域最新科学认识及未来研究重点提供科学参考，也为促进中国干旱形成机制与预测理论发展、提升干旱监测预警及其灾害风险管理技术提供科技支撑。

2 主要科学进展

多年来，中外针对干旱气象问题开展的研究取得了许多新的科学认识，并进行了比较系统的总结归纳。IPCC 第六次评估报告（IPCC，2021）指出，在全球变暖背景下，监测到的气象和农业干旱变化在全球尺度上并不显著，但区域性干旱却呈现不同程度的增大趋势，表明气候变化在加剧区域干旱中的作用不容忽视。在气象干旱变化趋势归因中，对人类活动影响的认识信度仍然不高。未来干旱预估表明，全球更多区域将发生更严重、更频繁的干旱事件，农业和生态干旱也将随着升温水平的提高而变得频繁和强烈。在对不同类型干旱的变化评估中，重点涉及了大气蒸发需求这一关键变量。未来气候变化不断加剧，不同类型干旱间的相互作用将变得更加复杂（姜大膀等，2021；Douville，et al，2021；Seneviratne，et al，2021；王晨鹏等，2022）。干旱指数的长期趋势主要归因于温室气体排放的增加，而人为气溶胶的影响很小，干旱变化的全球格局和年代际变率受到海洋振荡的调制（黄建平等，2013；Huang，et al，2017）。中国干旱研究主要经历了4 个发展过程：一是干旱事件的现象特征和时、空分布；二是干旱形成机理及变化规律；三是干旱灾害风险研究；四是骤发性干旱研究兴起（张强等，2020）。气候变化进一步加剧了干旱传递过程的复杂程度，如生态环境脆弱性增大可导致干旱传递进程加快，干旱发生时间和区域改变可令其发生、发展规律难以把握，中国干旱致灾高危险区和高风险区主要位于夏季风影响过渡区（王莺等，2022）。

上述研究从气候变化对干旱的影响特征及其归因、干旱气候变化机制及干旱格局变化调制因子、中国干旱研究主要发展过程和气候变化对干旱传递过程的影响及其风险变化等方面总结了干旱相关研究的进展。文中基于近10 年干旱形成机制与预测理论及其灾害风险特征方面的最新研究工作，从干旱形成的多因子协同机制、干旱致灾过程、干旱灾害风险评估和多因子协同影响方面进行系统总结和凝练，并提出了主要科学问题和未来展望。是对已有综述性文章的进一步拓展、深化和升华。

2.1 全球变暖背景下多因子作用的干旱形成机制

欧亚大陆及青藏高原热力异常对干旱的调制作用、多时间尺度海洋热力和动力外强迫对干旱的影响及全球变暖背景下季风子系统共同作用等多因子影响是干旱形成的主要机制。

（1） 欧亚大陆及青藏高原热力异常与中国干旱事件密切相关

欧亚大陆作为全球面积最大的陆地，受到其偏南部高海拔的青藏高原（下称“高原”）在不同季节冷、热作用的影响，增强了其与海洋热力差异的季节性变化，是影响季风产生和强弱变化的重要因子之一。冬、春季是欧亚大陆热力变率最明显的季节，并且这种热力场具有南、北反相的特征，这与同期北半球北极涛动位相、东亚大槽强弱、东亚冷空气向南活动的位置、西风带南支槽的强弱变化密切相关。1—3 月欧亚大陆热力异常与同期中国干旱变化密切联系，当欧亚大陆地表气温距平南正北负时，华南、西南地区至河套西部同期降水偏少，易发生干旱；而当欧亚大陆地表气温距平南负北正时，则北疆、东北地区至华北、长江下游南部易发生干旱（晏红明等，2016）。当欧亚大陆夏季地面感热异常偏低时，增强了其作为冷源的作用，加强夏季乌拉尔山阻塞形势和蒙古气旋，西太副高强度偏强、位置偏西，西风急流位置偏北，对流层中、低层上升气流异常，水汽辐合，中国西北地区东部位于副高外围和蒙古低压底部，导致该区域夏季降水偏多，对干旱有缓解作用；而当欧亚大陆夏季地面感热异常偏高时，其冷源作用减弱，引起相反的夏季大气环流异常，使得中国西北地区东部夏季降水偏少，容易引发干旱（庞雪琪等，2017）。

高原自20 世纪90 年代末之后变暖明显，与其表面感热加热和长波辐射增加密切相关，而二者的增加又与高原积雪减少所引起的表面反照率减小和融雪导致的土壤水文效应降低有关（Si，et al，2013；Wang，et al，2019）。高原变暖而太平洋冷却，使得东亚地区海陆热力差增大，东亚夏季风增强、北推，东亚季风雨带北移（丁一汇等，2018）。由于受积雪与冻土的共同影响，高原土壤湿度能够记忆更长时间的陆面干湿过程。在高原土壤湿度和非绝热加热的共同作用下，对流层中、高层从高原西部经中国大陆至中国东北地区激发的波列，对东北冷涡、南亚高压及西太副高产生影响，从而导致夏季长江流域干旱发生（王静等，2016，2018）。高原冬季积雪的异常与其地表感热通量和高原及其邻近地区上空的加热场异常密切相关，通过影响夏季海陆热力差异，使得东亚夏季风异常，从而调制中国夏季降水的分布格局。20 世纪90 年代末高原冬季积雪与东亚夏季降水的相关关系发生了变化，20 世纪90 年代末之前，多雨区主要位于长江及其以南，而90 年代末之后多雨区北移至长江以北的江淮地区（Si，et al，2013），主雨带的这一变化使得长江及其以南地区干旱多发。

高原春季地表感热通量在空间上呈现出“全场一致”和“东西反向”两个模态，两者均在2003 年前后发生突变，高原感热的这一突变显著影响了中国东部地区夏季降水的变化（Wang，et al，2019）。当高原春季感热整体异常偏弱（强）时，中国北方上空高度场异常偏高（低），南亚高压偏弱（强）、位置偏西（东），西北太平洋副热带高压异常偏弱（强）、位置偏东（西），整层水汽通量辐合于华南（江淮和河套）地区，导致雨带偏南（北）和干旱区域偏北（南）（戴逸飞等，2017；张长灿等，2017；王欢等，2020）。同时，高原春季地面感热的年际变化与前期太平洋以及印度洋海温有密切联系，冬、春季海温与高原春季感热主模态对中国东部春季降水具有协同作用，但对于中国北方干旱而言，高原的贡献相对于海洋更重要（金蕊等，2016）。

高原感热异常通过影响东亚夏季风环流系统，从而影响到季风区的干旱（Zhao，et al，2001）。高原春季感热增强后，大气热能上传导致夏季高原上空近地面产生气旋性环流异常，大气辐合上升；而高层产生反气旋性环流异常，大气辐散，在其周围产生下沉运动；伴随增强的高原季风与西太副高的相互作用，使得高层南亚高压得以维持和加强。高原感热增强，在长江以南对流层中、低层存在异常反气旋性环流，有来自海洋的冷平流输送，同时非绝热加热在该地区为负异常。在这种环流形势下，一方面，异常的下沉运动增强；另一方面，高原气旋性环流东南侧低层的西南风异常将来自孟加拉湾的水汽输送到北方，东亚副热带夏季风北边界北移，增强的东亚夏季风使得长江以南低层的异常反气旋环流的东南支为东北风异常，南海夏季风减弱，减少了向华南地区的水汽输送，华南地区降水减少，易发生干旱（王欢等，2020）（图1）。

图1 高原感热变化对中国季风区干旱影响示意Fig. 1 Schematic diagram of impact of sensible heat variation in the Qinghai-Xizang plateau on drought over the monsoon region of China

（2） 多空间模态和多时间尺度海洋热力和动力异常是干旱形成的重要外强迫因子

大气环流异常往往与海温等大气外强迫的变化相关联，由于外强迫信号的持续性一般都比环流异常的持续性更好，因此有效的外强迫信号是大气环流和地表干、湿变化的先兆信号，也是预测气候变化的关键所在。

就年际尺度来看，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是年际气候变率中的最强信号，也是导致中国旱涝发生的关键因子。厄尔尼诺暖位相次年夏季，长江中下游及江南部分地区雨量偏多，而黄河流域大部分区域、华北地区、华南和西南地区雨量偏少；厄尔尼诺冷位相次年夏季，长江和黄河之间、东南及华南大部分区域雨量显著偏少，而黄河流域大部分区域和西南地区大部分区域雨量偏多（金祖辉等，1999）。在厄尔尼诺发展期的夏季，长江中游和华北地区少雨；在厄尔尼诺衰亡期的夏季，江淮地区少雨（陈文，2002）。但由于受海表温度异常分布形态的影响，厄尔尼诺可表现为东部型、混合型和中部型。在不同分布型厄尔尼诺的次年夏季，东部型可导致淮河以北大部分地区及东南沿海地区少雨；中部型可导致江淮流域大范围少雨；中部型可导致黄河以北及长江以南大部分地区少雨（袁媛等，2012）。Nino3 区和孟加拉湾—中国南海海表温度（SST）是影响西北东部秋季干旱的重要外强迫因子，超前6 个月的Nino3 区和超前3 个月孟加拉湾—中国南海SST 分别与西北地区东部秋季干旱呈显著正相关，赤道中东太平洋SST 正异常对中国西北地区东部秋季干旱具有先兆指示作用（刘晓云等，2013）。前期SST 异常对长江流域干旱也具有指示意义，如2010 年7 月至 2011 年4 月拉尼娜事件及印度洋海域海温冷异常，是2011 年春末夏初长江中下游地区极端干旱事件的先兆信号，其强迫作用为此次事件环流异常提供了动力支持（封国林等，2012）。热带东印度洋—西太平洋和北大西洋两个关键海区SST 异常升高易导致南方干旱（曾刚等，2015）。西南地区干旱在1994 年以后有显著加重趋势，主要是由于热带东印度洋—西太平洋SST 升高的重要作用。热带东印度洋—西太平洋海区SST 异常升高会引起三个方面的连锁反应：一是西南地区秋季500 hPa 高度场偏高，南支槽减弱；二是哈得来环流偏强，使西南地区存在下沉运动；三是在西太平洋激发气旋性环流，削弱了向西南地区的水汽输送，容易造成该地区的秋季干旱。北大西洋也是影响西南秋季干旱发生年代际突变的次关键海区，该海区SST 异常升高时，一方面会使西北太平洋副热带高压位置偏西、强度偏强、面积偏大，并且减弱南支槽，另一方面会使西南地区上空500 hPa 位势高度场升高，从而造成有利于西南地区发生干旱的环流形势（曾刚等，2015；张顾炜等，2016）。夏季大西洋Nino 不同位相影响中国南方夏季降水异常，当夏季大西洋 Nino 处于暖位相时，有利于西太副高西南侧的水汽向长江流域及其以北地区输送，使长江流域和华北地区降水增多，而中国东南沿海地区受异常反气旋控制，降水减少，会出现干旱；反之亦然（李忠贤等，2019；张玉琴等，2019）。

就年代际尺度来看，太平洋年代际振荡（PDO）正位相（负相位）易导致江淮流域（华南）干旱。19 世纪80 年代—20 世纪50 年代PDO 正位相，导致西太平洋至东亚地区对流层低层“反气旋-气旋-反气旋”式环流异常，水汽在江淮流域辐散，江淮流域发生干旱；20 世纪60 年代—21 世纪第2 个10 年PDO 负位相，导致西太平洋至东亚地区对流层低层“反气旋-反气旋”式环流异常，水汽在江淮流域辐合、华南地区辐散，华南地区发生干旱（Si，et al，2016a）。年代际尺度上，前期秋季PDO 与华南春季降水呈正相关，PDO 负位相有利于华南春季降水偏少，干旱易发生，反之亦然，其中1960—1971 年少雨期最为显著（孙照渤等，2017）。

就多年代尺度来看，北大西洋多年代际尺度振荡（AMO）通过环球尺度的斜压遥相关型（ANH），激发一个平稳的经过欧亚大陆、延伸到北美地区的斜压波列，不但可以影响东亚地区降水，还可以影响从大西洋、欧亚直至北美地区整个北半球降水的年代际变化，AMO 正位相有利于长江及其以南地区发生干旱（Si，et al，2016a）。在东亚地区，ANH遥相关引起的环流异常使得长江以北地区低层气旋式环流和长江流域反气旋式环流异常增强，导致长江流域及其以南地区降水偏少，发生干旱（Si，et al，2016a，2016b）（图2）。

图2 AMO 影响中国南方降水年代际变异的机制 （Si，et al，2016a）Fig. 2 The mechanism of AMO impact on interdecadal variability of precipitation in Southern China （Si，et al，2016a）

综上所述，对比不同海域（全球、热带外、热带、热带印度洋—太平洋、热带印度洋及热带太平洋）SST 异常对东亚夏季风年代际变化的影响可发现：热带太平洋是影响东亚夏季风20 世纪70 年代中、后期年代际变化的关键海区，其对东亚夏季风在 20 世纪70 年代中、后期的年代际减弱有重要作用；当热带印度洋SST 年代际偏高（低）时，东亚夏季风年代际增强（减弱），与热带太平洋SST 变化对东亚夏季风年代际变化的影响相反（曾刚等，2013b）。在年际尺度上，热带印度洋东南部的SST异常升高引发东亚局地哈得来环流增强，导致异常下沉运动造成南方夏季降水偏少易旱（Huo，et al，2016）。热带西印度洋海洋热含量变化与华南秋季干旱的发生有密切关系，当秋季热带西印度洋热含量偏低时，华南地区易发生干旱（曾刚等，2017）。

（3）全球变暖背景下夏季风系统对干旱的作用方式发生了改变

季风系统年代际和百年尺度变率特征与全球变暖和自然变化的综合效应有关（Ding，et al，2015）。中国处于亚洲季风区内，天气、气候受季风变化影响显著，而且各个季风子系统之间配置不同，引起的气候效应存在差别（丁一汇等，2014，2016；Ding，et al，2015）。

中国夏季降水受东亚夏季风影响，其年际、年代际变化大，区域差异明显（刘伯奇等，2015）。外部强迫（包括全球变暖、土地利用、气溶胶浓度升高等人类活动）、耦合强迫与内部变率等引起的强迫因素正不断改变东亚夏季风的特征与演变趋势（刘伯奇等，2015；Huang，et al，2016）。20 世纪60年代以后，东亚夏季风经历了强—弱—强的年代际变化，而20 世纪70 年代末以来东亚夏季风逐渐减弱，相应的中国东部夏季降水型出现了由“北多南少”向“南涝北旱”以及“北方渐增，南方旱涝并存”的转变（Ding，et al，2014）。PDO 与AMO 的协同作用是造成东亚夏季风 30—40 a 周期振荡的主要原因（丁一汇等，2018）。东半球越赤道气流（CEF）是东亚夏季风系统的主要成员之一，其异常影响着东亚夏季风及东半球的天气和气候，而热带太平洋海温的变化在索马里地区越赤道气流的年代际变化中又起着至关重要的作用（Zeng，et al，2013）。盛夏南海低空越赤道气流强度与南海夏季风强度呈显著正相关，与东亚副热带夏季风强度呈显著负相关，当盛夏南海低空越赤道气流偏强、华南地区东北风异常强、华北地区偏南风异常强时，使得华南地区水汽辐合，华中地区水汽辐散，导致华南地区偏涝而华中地区偏旱（李忠贤等，2018）。

冬季风系统与亚洲不同区域急流配置的协同作用对中国气候有重要影响（丁一汇等，2014）。20 世纪50 年代以来，东亚冬季风主要表现出强—弱—强的特征，对应中国东部冬季降水出现少—多—少的形势。冬季风异常强期间，若副热带急流偏强、温带急流偏弱，高纬度的干冷空气受南侧急流的汇聚作用而南侵，有利于中国大部分地区温度降低、降水减少（姚慧茹等，2013）。西伯利亚高压（SH）是东亚冬季风的重要子系统之一，其有明显的年际和年代际异常特征，年代际尺度上SH 在20 世纪60 年代后强度减弱、面积收缩、东界西撤、南界北退，而进入21 世纪以来面积扩大、强度增强，使得亚洲大部分地区降水减小（李栋梁等，2017）。

高原热低压的东移会导致副热带季风偏强、北边缘南界北移，印度季风偏弱，华北地区降水增多，西南地区干旱加重。从印度夏季风来看，气候偏冷期印度夏季风强度偏强，气候偏暖期印度夏季风偏弱；印度夏季风的发生日期与中东急流的季节转换日期有密切关系（Ni，et al，2014）。对于高原季风而言，由于高原地区的温度对变暖的响应主要体现为其主体与周边地区的热力差增大，高原热低压增强，从而高原夏季风增强；20 世纪90 年代以后，高原地区的升温率比其周边地区大，水平方向陆、气热力差增大，高原地面热低压增强，高原季风增强。高原季风较强、热低压中心偏西时，对应副热带季风和印度季风较弱，但相关关系并不稳定，尤其进入21 世纪以来，高原季风强度与其他季风系统的负相关关系不显著，但其中心经度与东亚副热带季风强度和北边缘南界呈显著正相关，而与印度季风指数呈显著负相关（Wang，et al，2019；王欢等，2020）。

（4） 大气环流系统调整对干旱具有显著影响

西太副高和南亚高压是影响中国夏季降水的重要环流系统，其重大调整无疑会显著影响中国旱涝分布（张玲等，2010；何金海等，2014）。赤道中东太平洋及热带西太平洋冬季海温异常对西太副高有影响，近60 年来，西太副高面积扩大、强度加强、脊点西伸、南界南扩，年际波动有所加大（孙圣杰等，2016）。华南夏季降水的年代际变化与南亚高压的东伸脊点关系密切，在1993—2008（1979—1992）年，南亚高压位置偏西（东），西北太平洋副热带高压位置偏东（西），华南地区降水年代际偏多（少）（伯忠凯等，2017）。20 世纪70 年代末以后，夏季南亚高压强度异常与前期冬、春季及同期夏季的热带印度洋海表温度异常关系持续密切，热带印度洋是影响夏季南亚高压强度变化的关键海区，当热带印度洋偏暖时，热带地区对流层温度升高，南亚高压强度增强、面积增大、南扩、东伸西展，反之亦然（曾刚等，2013a，2016）。此外，MJO （Madden-Julian Oscillation）不同位相对华南前汛期降水异常有明显的影响，MJO 对流可通过激发罗斯贝波影响华南前汛期降水，当 MJO 受抑对流中心位于赤道印度洋附近时，非绝热加热作用激发的罗斯贝波到达并影响华南地区，华南地区出现水汽供应减弱，从而抑制华南前汛期降水（李文铠等，2014）。

高纬、中低纬、低纬度热带地区环流异常协同作用也是干旱形成的主要原因之一。2022 年夏季，极涡面积偏小及强度偏弱、西太副高异常偏强西伸、南亚高压偏强东移，共同导致长江流域的水汽输送条件偏弱、下沉气流盛行，使得整体条件不利于降水发生，造成2022 年夏季长江流域出现异常的干旱高温事件（郝立生等，2022）。500 hPa 北大西洋地区扰动信号的发生及传播、高原上空高度场扰动的发生及移动，热带对流（热源）位置变化及伴随的热带夏季风强度变化、低频信号的传播等都是预测长江流域夏季降水或高温干旱的重要参考因素（郝立生等，2022）。

全球变暖背景下，西太副高西伸和南界的异常扩张，其南边缘的偏东风阻碍了南海区域西风的发展，也抑制了南海夏季风的北推东进，使南海夏季风强度减弱，对应南海夏季风建立时间偏早、结束时间偏晚、持续时间变长、强度偏弱（Li，et al，2016；Sun，et al，2018）。西北太平洋、南海、北印度洋夏季海表温度升高，与欧亚大陆热力差减小，东亚夏季风减弱，夏季风影响的北边缘带位置偏南；而且由于海表温度升高、高原升温和高原积雪面积减小的强迫作用，亚洲大陆500 hPa 40°—50°N 位势高度偏高，并与欧亚大陆变暖的遥相关作用叠加，导致中国北方（40°N 以北）北风增强，不利于副热带高压北进和水汽向北输送（Li，et al，2016；Si，et al，2016a）。由于地表温度升高、潜在蒸散增大，地表强迫加热还会与北方暖高压形成正反馈加强机制，使北方不利于降水的环流形势得到加强（曾刚等，2013b；Ding，et al，2014；刘伯奇等，2015）。高原主体温度升高、积雪面积减小，大气热能上传导致夏季高原上空近地面产生气旋性（高原季风）环流异常，大气辐合，高层产生反气旋性环流异常，大气辐散，南亚高压偏南、偏强，对应低层西太副高也偏南、偏强，从而造成长江流域多雨，华南和北方地区干旱（丁一汇等，2018）。上述多因子在全球变暖前后影响干旱的差异见图3。总之，大气环流的调整过程都会促进中国北方干旱环流型，即高度距平场“西正东负”的形成和加强。

图3 全球变暖前后多因子影响干旱的差异示意Fig. 3 Schematic diagram of differences in impact of multiple factors on drought before and after climate warming

2.2 降水亏缺时间尺度和作物的干旱敏感性对干旱致灾过程的影响

降水长期亏缺是干旱发生的必要条件，而引起不同区域干旱灾害形成的降水亏缺累积时间尺度具有很大的不同（Wang S P，et al，2016）。气象干旱对农业影响具有关键与非关键时段，作物不同生长阶段对干旱的敏感度不同（Zhang，et al，2020）。这两方面都是气象干旱致灾过程的关键环节，对干旱灾害监测和影响评估具有显著影响。

（1）干旱灾害形成的降水亏缺累积时间尺度在区域上具有差异

从中国降水亏缺对干旱的影响效应来看，干旱灾害多由季尺度（3 个月）内的降水亏缺引起，平均占78%，其中，华北、西北地区东部、黄淮、江汉以及西南地区西部干旱灾害多由1 个月内的降水亏缺引起；而西南地区东部、华南、江南、江淮以及东北区域干旱灾害主要由2—3 个月尺度降水亏缺引起。由4—6 个月尺度降水亏缺引起的干旱灾害平均占17%左右，超过4 个月尺度降水亏缺引起的干旱灾害一般都是五十年一遇或百年一遇的干旱灾害事件，如2009 年西南地区秋、冬、春连旱（Wang S P，et al，2016）。相比较而言，黄河流域和西南西部降水亏缺的累积时间尺度要比南方大部分地区和东北地区更短。

（2）陆面蒸散对升温响应的区域特征是引起不同区域干旱累积尺度差异的主因

利用微分敏感性分析方法计算干旱指数与蒸散和降水的敏感系数，定量分析中国不同区域干旱对蒸散和降水变化的敏感性表明（图4a、b），华北、西北地区东部、西南地区西部、黄淮、长江中下游及其以南地区的干旱变化，对降水和蒸散的变化均有较高敏感性。但在这些区域中，随着全球变暖，华北、西北地区东部以及西南地区西部蒸散量显著增大，而黄淮、长江中下游及其以南地区蒸散量显著减小（图4c）。由于蒸散增加会使土壤水分支出加快，进一步加剧干旱灾害的形成，所以华北、西北地区东部以及西南地区西部干旱灾害形成的降水亏缺累积时间尺度要较黄淮、长江中下游及其以南地区更短（Wang S P，et al，2020）。

图4 干旱对蒸散 （a） 和降水 （b） 的敏感性 （敏感系数为正 （负） 表示正 （负） 相关，绝对值大小表示敏感程度） 及蒸散的变化趋势 （c） （单位：mm/（10 a）） （Wang S P，et al，2020）Fig. 4 Sensitivity of drought to evapotranspiration （a） and precipitation （b） （positive （negative） sensitivity coefficient indicating positive （negative） correlation；the absolute value indicating the sensitivity degree）， and variation trend of evapotranspiration （c）（unit：mm/（10 a）） （Wang S P，et al，2020）

（3）作物不同生长阶段对气象干旱的敏感性不同

张强等（2018a）把气象干旱对农业干旱的关键影响时段称为干旱关键影响期（也称为农作物的干旱敏感时段），从而可通过气象干旱与旱灾损失的关系，确定出作物不同生长阶段对气象干旱的敏感性。Zhang 等（2020）的研究表明，降水与农作物综合损失率的相关大约在累积6 个较敏感月之后就开始下降，即农作物的降水关键影响期只有6 个月左右，4—8 月和10 月是关键影响期；温度的关键影响期只有5 个月，6—8 月及1 月和12 月是关键影响期。相对而言，降水作用在夏季比较关键，而温度不只在盛夏比较关键，在冬季也关键。气象干旱综合指数（MCI）的农业关键影响期更短，只有2—3 个月，6—8 月是关键影响期（图5），说明夏旱对中国农业影响至关重要。

图5 农业干旱灾害综合损失率与不同月数累积的平均温度、降水和MCI 指数的相关系数变化 （Zhang，et al，2020）Fig. 5 Correlation coefficient variations between comprehensive loss rate of agricultural drought disasters and average temperature， precipitation， and MCI index for different cumulative months （Zhang，et al，2020）

干旱对农作物的敏感阶段处在大多数农作物的返青、拔节和乳熟等关键生长阶段，这些阶段不仅作物生长过程对水分需求大，而且也正好是高温引起的强蒸散时段。降水的敏感阶段处在大多数农作物对水分条件依赖比较强的播种、出苗、孕穗和抽穗等主要生长阶段。单独温度的敏感阶段正好处在冬小麦的越冬关键期，也正是降水最少的旱季，如果暖冬引起土壤水分进一步减少会严重影响其越冬，造成的损害是致命的。因此，从农业干旱的角度来说，抓住不同区域作物的干旱敏感阶段，才能从时、空尺度上把握干旱成灾机制（张强等，2018a）。

2.3 干旱灾害风险评估及其对全球变暖的响应

中国暴露于干旱危险区的人口众多，社会经济发展对干旱灾害管理的依赖程度越来越高。为适应干旱灾害风险管理的需要，必须提高对干旱灾害风险概念和风险特征的认识。

（1）发展了全球变暖背景下干旱灾害风险评估概念模型

从自然灾害风险形成机制角度出发，认为灾害风险性主要由致灾因子危险性、承灾体暴露度和脆弱性构成（IPCC，2013）。张强等（2017a）在干旱灾害风险影响机制中引入气候变化和人类活动的影响，并考虑孕灾环境敏感性，提出了变暖背景下干旱灾害风险新概念模型（图6）。在该概念模型中，特别考虑了对干旱灾害风险的四个影响途径：第一，人类活动影响到全球变暖、区域生态环境变化（如土地利用）以及应对和恢复力（防灾、减灾能力），这种间接的作用可传递到不同的影响层面，是风险形成的基础。第二，气候突变和全球变暖使得气候变率及气候态发生变化，这种变化导致致灾因子危险性发生变化，进而影响干旱灾害风险性。第三，气候变率、气候态变化以及区域生态环境变化使得人类和生物的分布发生变化，导致承灾体暴露度和脆弱性发生改变，进而影响干旱灾害风险性。第四，应对和恢复力（防灾、减灾能力）与地壳运动引起的地质和水文环境变化间接影响地质、地理环境和水资源环境变化，进一步影响到孕灾环境的敏感性，从而影响干旱灾害的风险性。该概念模型能更全面、客观地表征干旱灾害风险的形成机理，反映干旱灾害风险的可变性与动态过程。由该概念模型获得的干旱灾害风险评估特征将更加科学、客观，也更接近干旱灾害风险的本质。

图6 干旱灾害风险新概念模型 （实线表示直接影响，虚线表示间接影响） （张强等，2017a）Fig. 6 New concept model of drought disaster risk （the solid line representing direct impact，while the dashed line representingindirect impac） （Zhang，et al，2017a）

（2）中国干旱灾害风险分布具有明显的空间差异

中国北方干旱致灾高危险区主要位于夏季风过渡区西部和东北部，以及夏季风影响区东北部，这里的降水总量小但空间变率大（Zhang，et al，2022）。干旱脆弱性中，水资源的高脆弱区位于西北地区和内蒙古，农业经济高脆弱区位于西北地区大部分区域和黑龙江，社会高脆弱区位于西北地区以及河南和安徽，防旱、抗旱能力高脆弱区为西北地区、内蒙古和黑龙江。综合来看，中国北方干旱高风险区主要位于青海、新疆、甘肃和黑龙江（王莺等，2019）。中国西南和华南区域不仅干旱灾害风险空间差异大，而且几个高风险中心的主导因子也不同（图7）。从致灾因子看，高危险区主要位于云南大部分地区、川西高原和山地、川东盆地、粤东部沿海区域；从孕灾环境看，高敏感区主要在云南中东部、四川东部盆地以及贵州西北部，广西东北部以及广东的大部分地区敏感性较低；而从承灾体看，高暴露区则主要分布在粤东和沿海地区、桂南及四川盆地大部分地区。从干旱灾害风险分布特征看，则体现了干旱致灾因子对干旱风险起主导作用，孕灾环境也有较重要作用；其余因子对干旱风险有一定影响，但基本不会改变风险分布格局（王莺等，2015）。

图7 基于风险因子的干旱灾害风险 （王莺等，2015）Fig. 7 Drought disaster risk based on risk factor method （Wang Y，et al，2015）

分析易受干旱影响的农业和具体作物的干旱灾害风险空间差异发现，中国西北区域玉米干旱高、次高脆弱区主要位于中温带地区的甘肃中东部、宁夏东部和陕西西部，以及陕西东北部的暖温带地区和南部的部分地区。从玉米的环境敏感性、暴露性、自敏感性和适应能力来看，各个高、次高脆弱区的主导因子不一样，例如，甘肃中部玉米干旱脆弱性主要由暴露度、自敏感性和适应性主导，而宁夏东部则主要由环境敏感性和暴露度主导（Wang Y，et al，2020）。西南地区玉米的干旱高风险区主要位于滇中和滇北、黔西和川西平原（贾建英等，2015）。

对西南和华南粮食的干旱灾害风险定量评价表明，该地区粮食单产年际波动幅度近50 年来多在-5%－5%（Wang J，et al，2016），但当遭遇五十年一遇旱灾时，云南、贵州、四川、广西和广东灾害损失率将分别达到13.6%、15.3%、10.2%、9.8%和7.5%，而当遭遇百年一遇的重度旱灾时，这几个省份的灾害损失率将分别达到17.4%、18.1%、11.1%、11.3%和9.5%，总体来看，粮食灾损风险较高的为贵州和云南，较低的为广东、四川和广西（Wang Z L，et al，2016）。总之，干旱高风险地区粮食产量的干旱巨灾风险也较大，干旱灾害对广东、广西的粮食生产影响较轻，对云南、贵州的粮食生产影响较重，总体上西南地区干旱灾害对粮食产量的风险要比华南地区更大。

（3）变暖背景下干旱灾害风险特征

在全球变暖背景下，干旱致灾因子变化主要表现为降水的时、空分布更不均匀和区域性降水显著减少，以及气温的显著升高，在降水减少和气温升高的双重作用下导致干旱致灾的风险性更加严重（Wang，et al，2015）。全球变暖增大了干旱致灾危险性，改变了干旱风险区的分布特征。中国夏季风影响区在气温突变后，轻、中、重和特旱等级致灾强度的发生概率分别增加了0.1%、491.3%、279.7%和1277.3%，特旱等级增加幅度最大，且干旱危险性明显增大，这种概率分布特征的变化与全球变暖引起的气候极端化有关，极端气象条件的致灾作用更加突出（Zhang，et al，2022）。从空间变化来看，变暖后，高危险区主要位于季风边缘区、西南地区以及沿海的浙江和福建，有明显向季风边缘区转移的趋势，气温突变后中国南方的干旱次高风险区明显减小，中国北方的干旱高风险区增大（Zhang，et al，2022）。全球变暖导致甘肃省干旱受灾和成灾风险分别增加17.7%和19.6%，且特旱发生风险增大（Wang，et al，2017）。对温度突变前后的南方干旱致灾因子变化特征对比分析发现（Wang，et al，2015），除四川北部和东北部降水变化趋势不大或呈现不明显增加趋势外，整个西南和华南的降水都呈现减少的趋势，即温度突变后降水减少的区域占主导地位；除4 月和9 月外，其余月份温度突变后干旱程度均加重。从空间特征来看，温度突变后，云南、贵州、广西和广东干旱强度均以增大为主，其中以云南最为显著。1994 年温度突变后，虽然干旱孕灾环境敏感性变化不明显，但由于干旱致灾因子危险性增大，使得干旱灾害高风险区面积扩大5.0%，主要由云南省向除四川省西北地区外的其他地区扩展（张强等，2017a）。

（4）全球变暖对干旱灾害损失的影响

从农业干旱灾害损失来看，温度突变前中国中度、重度和综合干旱损失率分别为5.9%、0.6%和5.1%，而突变后分别增加到7.5%、1.7%和6.0%，增幅分别为1.6、1.1 和0.9 个百分点。温度突变前后，中国北方干旱灾害损失率的差值要明显比南方大，北方中度干旱的差值高达2.9%，是南方的3 倍多；重度的差值高达1.6%，也是南方的3 倍多；综合损失率的差值高达1.8%，是南方的6 倍。可见，受全球变暖影响，南方和北方农业干旱灾害损失差异明显。北方农业干旱灾害损失明显高于南方，温度突变后增幅也比南方大，是南方的3—4 倍，而且干旱损失越重的等级增幅越大（张强等，2015；Zhang，et al，2018）。对中国夏季风影响区而言，在气温突变后，轻旱和中旱等级灾损强度的发生概率明显减少，分别为40.2%和18.0%；而重旱和特旱灾损强度的发生概率明显增大，分别为24.6%和134.7%（Zhang，et al，2022）。

2.4 多因子协同影响的干旱集成预测技术

基于考虑多因子协同作用的科学认识，建立了东亚季风区的季节和次季节延伸期预测系统，该系统集成了3 个干旱预测模型。

第一，东亚副热带夏季风区30—60 d 低频降水预测模型（常炉予，2014；He，et al，2015）。基于对东亚区域的夏季降水和700 hPa 相对涡度的多变量经验正交函数（MV-EOF）分析，根据前两个主模态建立了两个监测指数Hc1 和Hc2，监控东亚副热带夏季风区域30—60 d 降水的变化（图8）。并依据这两个指数各个位相环流和降水特征与东亚副热带季风区降水和环流30—60 d 低频振荡存在明显经向传播特征的关系（这种经向活动与东亚副热带季风区雨带的季节移动紧密相关），通过时、空投影法实现用过去1—5 候指数对未来2—6 候指数的预测。该模型的回报结果表明，对未来2—6 候东亚副热带季风区30—60 d 低频降水有较强的预测能力。

图8 东亚副热带季风区30—60 d 低频降水预测模型 （He，et al，2015）Fig. 8 The prediction model of 30—60 d low-frequency precipitation for the subtropical monsoon region of East Asia （He，et al，2015）

第二，东亚夏季风统计预测新模型（Wu，et al，2016）。利用偏最小二乘回归方法识别东亚夏季风指数（为（22.5°—32.5°N，110°—140°E）和（5°—15°N，90°—130°E）区域850 hPa 平均纬向风之差）异常前期冬季海温模态，并建立东亚夏季风爆发前冬季海温模态的演变与强ENSO（mega-ENSO）的关系，用冬季海温第一模态演变特征对应mega-ENSO 的衰减期，用前期冬季海温第二模态演变特征与mega-ENSO 的发展期对应，基于mega-ENSO为东亚夏季风的预测提供可预报性，该模型对中国长江流域以南区域的夏季干旱具有较好的预测效果，且该模型预测检验结果近乎等同于全球先进动力预报系统（NMME）的预报结果。

第三，东亚冬季风统计预测模型（Yu，et al，2018）。通过对东亚冬季风（东亚冬季风指数定义为（30°—50°N，110°—130°E）区域500 hPa 平均位势高度）发生前期秋季的海温和欧亚雪盖进行主模态分析，针对雪盖、海温、综合因素建立了3 个偏最小二乘法（PLS）预测模型。雪盖预测模型的预报结果优于海温预测模型。在此基础上，结合欧亚雪盖和海温因子建立了综合预测模型，较之雪盖预测模型具有更高的预报技巧，改进了东亚冬季风的季节预测，为中国江淮流域的夏季旱涝预测也提供了新的参考。

3 研究展望

3.1 主要科学问题

文中系统总结了干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险领域的研究成果。尽管目前已在干旱形成机制、干旱预测方法、干旱灾害多因子作用机制、干旱灾害风险评估和干旱灾害预测等方面取得了较大进展，但由于干旱灾害形成机制的复杂性和影响的隐蔽性及不同气候背景下的特殊性、区域差异性和随时间的变异性，再加之干旱灾害对粮食安全、水安全、生态安全的影响日益严重和社会经济发展对干旱防灾、减灾要求的不断提高，干旱灾害研究仍面临许多科学挑战：（1）以往对干旱形成机制分析更多关注外强迫和大气内部异常等因子的驱动作用，但目前多环流因子对干旱的协同作用及多尺度干旱的叠加效应已成为干旱形成机制中不能忽视的问题；（2）在多模式集合干旱预测模型中，目前对人类活动的影响以及相关的反馈尚未被系统整合到包括水文过程和陆面过程模式中，这会很大程度上影响干旱预测的效果，而高性能模式的选择又是降低极端降水预测不确定性的重要途径；（3）气候变化引起的陆地生态系统和区域水循环变化，会对干旱灾害发生频率、持续时间、分布规律和强度等特征产生显著影响，这些都会涉及到陆-气相互作用过程在干旱形成中所扮演的角色，但目前有关陆-气相互作用和区域水汽内循环对干旱形成及反馈效应的研究明显不足；（4）干旱对生态系统、粮食安全、水循环系统影响存在明显的关键影响期及其级联效应，对目前这种关键期特征和级联效应机制研究明显不够；（5）以往许多干旱灾害影响和风险评估模型对全球变暖的响应机制缺乏深入考虑，目前需要进一步提高干旱主导因素及干旱风险影响因子对气候变化响应特征的认识，系统改进干旱灾害影响和风险评估模型；（6）随着干旱监测技术的快速进步以及针对干旱的多源数据和再分析资料的不断丰富，目前需要在干旱综合监测及干旱动力和统计预测中充分利用大数据和智能技术，为干旱精准监测和预测寻找新途径。

3.2 未来展望

第一，开展多因子联动及多尺度叠加效应对干旱形成的影响研究。干旱的发生、发展具有不同时间尺度和非常复杂的驱动因素（张强等，2020）。虽然降水不足引发的干旱占主导地位，并包括天气尺度过程（Sousa，et al，2017）、大尺度运动（Kingston，et al，2015） ，以及全球尺度的海-气耦合模态等多尺度过程（Dai，2013； Dai，et al，2017），但是在全球变暖不断加剧的背景下，热力过程对主导干旱的降水和陆面蒸散的作用也日益突出（Seneviratne，et al，2021），导致骤旱发生更为频繁（Yuan，et al，2023）。人类活动（温室气体、气溶胶排放，大尺度土地利用等）以及自然外强迫（太阳活动和火山喷发）也是影响干旱的重要外强迫因子（Giannini，et al，2019；Li，2020；Parth Sarthi，et al，2021； Zuo，et al，2022）。因此，只从单个或某几个因素去认识干旱形成和发展机理是远不够的，并且基于这样的认识所建立的预测方法在很多时候也会失去效用。干旱事件还具有包括从旬到年代甚至更长时间尺度的多时间尺度特征。重大干旱大多是多个时间尺度天气过程叠加或转换形成的，一般至少会包含具有一定规律性的季节尺度干旱和规律性较差的年际或年代尺度干旱，或者由季节性干旱发展转换为长时间尺度的干旱（张强等，2018b）。所以，应该对干旱形成的多因子联动机理及多尺度叠加效应开展深入研究，深刻理解重大干旱发生、发展机制，并建立能够同时考虑多因子协同作用和多尺度干旱变化规律的干旱预测系统，以提高对重大干旱事件的预测、预警能力。

第二，发展系统整合人类活动和相关反馈机制以及高性能模式组合的气候预测模式。干旱灾害与土地利用、土地覆盖变化及生物多样性等多个方面密不可分（陈发虎等，2020），植树造林等土地利用过程也对许多地区的干旱化具有重要影响（Li，et al，2018），模式对极端降水预测的不确定性来源不同于对平均降水预测的不确定性来源，分析模式对极端降水预测的不确定性来源有重要意义（Zhou，et al，2020）。人类通过改变土地利用方式改变下垫面因素，从而对干旱形成特征与过程产生显著影响（田丰等，2022）。同时，干旱对生态系统碳-水相互作用的影响也因生态系统类型不同而不同（Huang，et al，2021）。而且，随着人口增长及人类对更高生活标准和水资源可持续性的需要，由人类活动引起的水资源紧缺型的“人为干旱”在全球范围内将会更加普遍（AghaKouchak，et al，2021），人类活动在未来干旱形成、发展过程中的角色将会更加突出，人类活动和决策以及相关的反馈机制在干旱预测模式中的作用将不可缺少，只有将其整合到气候系统模式的水文过程和陆面过程中，才能实现对干旱过程更加可靠的模拟。因此，在干旱的长期演变研究中，如何将局地人类活动影响和植被生态反馈等要素科学地结合到模式中去，并确定模式对极端降水预测的不确定性来源是十分重要的科学问题。

第三，深入揭示陆-气耦合与大气环流对干旱的协同作用。以往对干旱的研究更为重视大气环流因素的作用，在许多时候忽视了陆面过程即陆-气相互作用的影响，即使涉及到陆-气相互作用的影响也主要是从陆面强迫的角度进行简单考虑，这也许是目前干旱监测、预测准确率难以明显提高的主要原因之一（Zhou，et al，2019）。事实上，在气候过渡带等许多区域，陆-气耦合会更为强烈，而且陆-气耦合的多尺度特征也更加明显（Seneviratne，et al，2006；张强等，2017b），陆-气耦合作用对干旱形成、发展的贡献程度可与大气环流的贡献基本相当，甚至有时候可能还会超过大气环流的贡献。陆-气耦合过程不仅反映了干旱孕灾环境的敏感度，而且决定着干旱的致灾过程，在干旱成灾发展过程中扮演着十分特殊的角色。而且在全球变暖背景下，陆面蒸散等陆面水分平衡过程也会发生变化，对区域重大干旱事件产生重要影响。通过对重大干旱事件的剖析，在系统认识大气环流系统对干旱形成的影响的基础上，深入认识陆面热力、水分和生理生态的互馈关系，对干旱信号的传递及致灾过程也会起十分关键的调控作用，可以更全面认识干旱形成、发展机制，这也是提高干旱监测和预警能力的重要科学前提。因此，深入揭示陆-气耦合与大气环流对重大干旱的协同作用机理在未来具有特殊的意义。

第四，科学认识干旱灾害对粮食安全、生态安全影响的关键过程及其级联机理（张强等，2020）。气象干旱形成后，会经历由气象干旱→农业干旱→水文干旱→生态干旱→社会经济干旱这样一个链条式传递过程，并且在农业干旱、水文干旱、生态干旱和社会经济干旱的内部发展进程中也存在明显的传递过程，意味着干旱对粮食安全、生态安全具有级联影响特征。同时，尽管当前许多研究中充分考虑了不同生育期内水分胁迫对最终生物量的影响，然而对于植物生长、碳吸收、水分利用效率、微量元素变化以及干物质形成过程的认识相对欠缺，且对于植物生物量受损的水分胁迫阈值尚不明晰，尤其对旱灾影响粮食安全和生态安全的关键影响过程还不够了解。系统认知干旱灾害对生态系统、农业系统影响的关键影响过程及其与生态安全和粮食安全关联性和级联特征，对提高针对生态安全和粮食安全的干旱监测和预测能力十分必要。因此，未来迫切需要加强干旱对生物量影响的关键过程和作用机理的认识，尤其是作物水分胁迫条件下的生物量响应规律及其对干物质作用的机理，并从植物的光合生理、根系生长、形态变化、生物量形成等方面分析植物生长对干旱灾害响应的生理机制，明晰不同等级干旱对作物生长的促进与抑制作用过程（刘宪锋等，2021），以对干旱灾害影响粮食安全、生态安全的关键过程及其级联机理的认识取得新的突破性进展。

第五，提高未来不同气候情景下干旱预估的准确性。IPCC 第6 次评估报告第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》中提出，预估方法的改进降低了对未来气候变化认识的不确定性（翟盘茂等，2021；IPCC，2021）。例如，地球系统模式的应用、情景设计的改进、约束技术的开发等。当前的气候模式虽然能合理再现干旱变化对全球变暖的响应强度，但是由于目前对干旱形成机制的认识仍不清晰，自然变率和人类活动强迫对干旱化的贡献还不明确，意味着对于未来干旱变化特征预估仍存在很大的不确定性（Zhao，et al，2017；Dixit，et al，2022）。气候模式仍然是未来干旱预估的主要工具，其模拟结果的不确定性严重影响着干旱化预估的准确度。未来工作中应合理订正气候模式的模拟结果，进一步降低其不确定性；同时，加强不同区域干旱化趋势的归因研究，从自然变率和人类活动两方面甄别其主导因素，量化其贡献率（Zhai，et al，2018）。另外，定量研究陆-气耦合作用与旱情演变复杂的互馈效应，从而提高干旱预估的可信度（杨远航等，2023）。

基于上述对干旱研究的展望，为便于清晰直观地表述未来干旱研究的主要方向，图9 给出对干旱形成机制及干旱影响过程的研究思路框架，为未来干旱研究能够有针对性地关注主要科学问题提供参考。

图9 干旱形成机制 （a） 及干旱影响过程 （b） 的研究思路框架Fig. 9 Framework of research idea for drought formation mechanism （a） and drought impact process （b）

4 结束语

干旱形成机制与预测理论方法及其灾害风险特征研究，遵循“科学研究既要站在国际前沿，更要面向社会经济主战场，服务社会经济发展”的原则，针对全球变暖背景下干旱多因子作用机制、干旱预测模型及干旱灾害风险特征等开展了系统的研究，在干旱形成的多因子交互作用机制、降水亏缺时间尺度和农作物不同生长阶段的干旱敏感性规律、干旱灾害风险空间分布特征及其主导机制和全球变暖背景下干旱灾害风险的变异特征、次季节干旱集成预测系统方面取得了系列性的新进展。研究团队在研究过程中注重科研成果转化，按照研究、应用、检验和修订完善融合推进的技术思路，其研究成果在提高干旱预测准确率、干旱灾害风险管理及防御方面发挥了积极作用。研发的东亚季风区季节和次季节延伸期预测系统投入业务运行后，显著提高了次季节各时段干旱的气候预测水平，在国家抗旱决策中发挥了关键技术支撑作用。成果形成的科学咨询报告为干旱灾害风险管理提供了科学决策依据，受到政府及相关部门的高度重视；深度参与生态文明和乡村振兴等国家重大战略气象科技服务，有力支持了区域支柱产业和特色农业发展，农业增收效益年均超过10 亿元。利用研究成果开展科普宣传，为社会公众提高抗旱、防旱能力做出了显著贡献。在研究过程中十分注重人才培养和团队建设，形成了一支有国际影响力的中国干旱研究团队。

目前，干旱问题已与多种气候要素变化、全球变化、生态环境、社会经济与可持续发展等交互影响、紧密联系，成为多学科交叉特征突出和综合性显著的国际焦点学科领域。由于中国特殊的气候环境决定了干旱独特的形成机制和分布格局，加之全球变暖和社会快速变化的影响，使中国干旱问题的复杂性进一步加大。因而，需要对干旱研究加大科研力量和资源投入，以切实推进中国干旱防灾、减灾技术能力的提升。

然而，干旱灾害实际上是一个极其复杂的科学问题，相当于地球系统的疑难重症。文中所综述的干旱形成机制与预测理论、方法及其灾害风险特征领域的系列新进展，也只是在诸多干旱问题的浩瀚海洋中揭开了干旱研究的冰山一角。在整个国际干旱研究的大阵营中，虽然中国这些年在该领域的研究发展较快，研究体量明显扩大，但与美国等干旱研究强国相比仍然存在较大差距，研究成果的影响力和创新性都还不足（Wang，et al，2022）。所以在干旱研究方面中国所面临的挑战仍然十分严峻，如何在干旱研究的激烈国际竞争中掌握主动、站在前沿并取得重大干旱监测、预测的关键技术突破，还任重道远。

中国卫星遥感技术和数值模拟技术正在突飞猛进，大数据和智能技术等应用技术也在快速发展，尤其中国综合气象观测体系已日趋完善， 中国气象局大气/陆面再分析数据集和陆面数据同化系统（CRA 和 CLDAS）研制获得成功，未来已有比较成熟的条件，可以深入认识典型干旱环流型的精细化三维动力和热力结构及其在干旱发展过程的气候动力学特征，分析大气环流系统对干旱形成的多因子联动影响，研究陆-气多尺度和多过程耦合对干旱形成、发展的作用机制，弄清陆-气相互作用对干旱形成、发展的独特贡献。并系统揭示多尺度陆-气耦合与大气环流多因子联动对重大干旱发生、发展的协同作用机理，破解干旱预警、预测业务中深层次关键性科学问题。在此基础上，显著改进中国重大干旱灾害的预警、预测技术能力，更加有力保障生态文明建设和粮食、水资源安全。

总之，干旱研究的长远发展必须既要瞄准国际干旱研究前沿与热点，也要充分结合中国建设现代化气象强国对干旱技术的需求，精准对标国务院印发的《气象高质量发展纲要（2022—2035 年）》，科学制定中国干旱气象研究的未来规划，瞄准干旱关键核心技术持续攻关，积极推动针对干旱研究的学科间交叉和技术融合及部门和国际间深度合作，全面提升中国干旱气象技术现代化水平，逐步实现中国干旱研究走向国际领先地位。