全球干旱／半干旱区年代尺度干湿变化研究的进展及思考

符淙斌 马柱国

摘要 干旱／半干旱区气候变化研究一直是广泛关注的前沿科学问题，尤其是气候干湿变化规律及未来的发展趋势。过去大量的研究揭示了全球不同干旱／半干旱区的干湿变化事实和机理，取得了一系列重要进展，IPCC第6次评估报告明确指出未来全球干旱化将加剧，但也存在诸多问题没有得到一致的认识。本文将对全球变暖背景下有关干旱／半干旱区年代尺度干湿变化，特别是年代尺度干旱研究进行梳理，系统评述当前相关研究的现状并提出干旱／半干旱区研究所面临的关键科学问题。

关键词干旱／半干旱区;年代尺度干湿变化;人类活动影响

占全球陆地面积40％以上的干旱半／干旱区养育着世界上38％的人口，是降水变率最大的地区，也是生态系统和水资源系统最脆弱的地区之一（Narisma et al.，2007;Schlaepfer et al.，2017）。过去100多年，全球的降水突变事件多发生在干旱／半干旱区，由此引起的土地沙漠化、水资源短缺和生态系统退化已严重地威胁着人类的生存环境。据统计，大约10％～20％干旱／半干旱地区的土地发生了严重退化（Reynolds et al.，2007）。IPCC第6次报告已经明确给出了全球增暖背景下干旱将加剧的结论（Douville et al.，2021;Ranasinghe et al.，2021）。20世纪60年代以后，北非持续干旱导致这个地区出现大范围的饥荒，100多万人被饿死，40％～50％的牲畜死亡，数以千万计的人沦为难民（Nicholson et al.，1998），1.5～1.85亿人受到饥饿的威胁，联合国称之为“非洲近代史上最大的人类灾难”，而且这种形势有可能继续加剧（Nicholson，2000，2001;Nicholson and Grist，2001;Shanahan et al.，2009;Dai，2011）。我国北方半干旱区持续30 a的干旱化引起的环境恶化及水资源短缺已严重制约了区域的可持续发展，是气候变化影响的重灾区（符淙斌和安芷生，2002;马柱国等，2003;马柱国和邵丽娟，2006;符淙斌和马柱国，2008）。据不完全统计，20世纪90年代以来中国每年因干旱造成的直接经济损失高达1 000亿元以上（符淙斌和安芷生，2002）。针对干旱／半干旱地区所面临的严峻生存环境问题，联合国早在1992年就发布了应对沙漠化的国际公约CCD（the Convention to Combat Desertification），并把2006年定为国际沙漠和沙漠化年，相应开展了一系列干旱／半干旱区的发展范例DDP（Drylands Development Paradigm），旨在帮助人们应对因干旱所造成的环境危机（Reynolds et al.，2007）。占有国土面积42％的中国干旱／半干旱区，集中了全国95％的贫困人口，在我国粮食生产中却占有重要位置，其气候和生态问题一直是政府和科学工作者长期关注的一个重点。

基于以上分析，本文将重点对全球干旱／半干旱区气候干湿年代尺度长期变化研究进行梳理，目的是系统的总结和评述干旱／半干旱区年代尺度干湿变化研究的重要进展，并进一步探讨当前相关研究所存在的问题和未来研究方向。

1 干旱／半干旱区年代尺度干湿变化的事实

20世纪80年代以来，有关干旱／半干旱区年代尺度气候变化的事实研究引起了国内外学者的极大关注，并开展了大量富有成效的研究（Delworth and Manabe 1993;符淙斌和黄燕，1996;王绍武和朱锦红，1999;李崇银等，2002;黄荣辉等，2006;马柱国和符淙斌，2006，2007;Fu et al.，2008;Sheffield et al.，2012;Trenberth et al.，2014;Feng and Zhang，2015;Huang et al.，2016;Milly and Dunne，2016;Greve et al.2014，2019;Berg and McColl，2021;McKinnon et al.，2021），这些研究主要着眼于干旱／半干旱区的年代际尺度干湿变化，包括年代际周期变化和长期趋势。已有的研究发现，在全球一致增暖的背景下，干湿变化却存在着显著的区域差异，大陆尺度的干湿变化各不相同：非洲20世纪持续30多年的干旱化和北美半干旱区的显著变湿趋势等都是这种区域差异的主要表现（马柱国等，2006，2007；
符淙斌和马柱国，2008）。在中国，北方气候呈现“西湿东干”的跷跷板特征，即东部降水减小而西北西部降水呈增加趋势，形成了明显的区域差异。

关于全球尺度干湿变化的长期趋势，尽管已开展了大量的研究，但就干湿变化趋势的研究仍然存在两种截然不同的观点，一是认为在全球增暖背景下，全球干旱／半干旱区的干旱将加剧，体现在全球干旱半干旱区在扩张，干旱强度在加强，干的地方更干，湿的地方更湿（dry gets drier，and wet gets wetter，简称DDWW;Held and Soden，2006;Chou et al.，2009;Feng and Fu，2015），而另一種观点却认为全球增暖背景下，干湿过程并没有明显的变化趋势，干旱过程并未加强（Greve et al.，2014，2019;Milly and Dunne，2016;Berg and McColl，2021）。前者认为，在全球增暖背景下，全球和区域尺度上干旱／半干旱区的干旱在加剧，如Dai et al.（2004）的研究认为增暖使得1950—2002年全球干旱的面积扩大了1倍;符淙斌和安芷生（2002）最早指出，干旱化表现最为剧烈的地区是半干旱区，而不是干旱区的腹地。马柱国和符淙斌（2005）进一步从观测资料中发现，从1951—2000年中国半干旱区向东南方向扩展了100～300 km，且半干旱区的干旱化趋势最为强烈（马柱国和符淙斌，2001;Ma and Fu，2006），进一步的研究也相继揭示了全球和区域尺度干旱／半干旱区扩张的特征（李明星马住国，2012;Feng and Fu，2013;Huang et al.，2016;Li et al.，2020）。IPCC第6次报告明确指出，伴随着全球变暖，未来全球干旱化将加剧（Douville et al.，2021），且存在着明显的区域差异（Ranasinghe et al.，2021）。然而，一些研究却有不同的观点，如Greve et al.（2014，2019）和Greve and Seneviratne（2015）认为，DDWW的观点主要来自海洋数据的分析和假设（Held and Soden，2006;Durack et al.，2012），但在陆地上此结论并不适用。他们的结果指出，全球陆地仅有10.8％的旱区（指干旱区和半干旱区的总和）与之吻合，9.5％陆地区域与DDWW相反。分析图1发现很难从降水（P）、潜在蒸散发（PET）和干旱指数（SWI=P／PET）趋势上看出DDWW的存在。建立在基本的物理原理基础上并考虑到有效能量、湿度和风速变化的研究发现，1951—2010年全球的干旱几乎没有变化（Sheffield et al.，2012）;Milly and Dunne（2016）利用气候模式产品分析认为，全球历史和未来干旱趋势的强度没有以前研究所指出的那么强，且范围也没有那么广（Dai et al.，2011;Cook et al.，2014;Fu and Feng，2014;McCabe and Wolock，2015），其原因是以前的工作过高地估计了潜在蒸散发（Potential EvapoTranspiration，PET）的作用。实际上，无论是支持或者反对干旱加强的观点，其本质还局限在气候干湿变化的范畴。那么到底在全球增暖背景下，全球的干旱是否呈增强趋势还需要从水文的收支平衡的角度进行综合分析。

一个值得注意的事实是，在某些干旱／半干旱区，气候干湿的长期变化并非单一的线性趋势，如20世纪50年代开始的北非干旱化，持续时间达35 a以上，但在20世纪80年代中期转为降水增加趋势，发生了显著的转折性变化（Giannini et al.，2003），对应这个地区的植被覆盖状况也趋于好转（Hickler et al.，2005）。与此类似，在中国的北方地区，2000年以后同样发生了明显的干湿转折性变化。研究发现，2000年以后，中国北方过去的“西湿东干”转换为“东湿西干”的空间格局，即华北降水由减少转为增加趋势，而西北西部转为减少趋势（马柱国等，2018）。同样的转折现象在其他区域也有发生（Ellis and Marston，2020）。这些现象说明，增暖背景下降水的长期变化应是年代际振荡和长期趋势的叠加，未来这些转折性变化的预测应该是研究气候干湿长期变化的重点。

2 干旱／半干区气候干湿变化的机制研究

在干旱／半干旱区，生态系统和水资源对气候变化，尤其是降水的变化极其敏感。因此，干旱／半干旱地区气候变化研究的核心问题是降水的异常变化，对其变化特征、形成机理进行研究和对未来的预测一直是科学界和政府部门所关注的问题。近年来，中国政府提出了“一带一路”倡议，对其沿途的经济发展具有重要的现实意义。然而，“丝绸之路”沿途国家发展的主要制约因素是有限的水资源，这些国家大多数地处干旱／半干旱区，水资源短缺严重地影响了区域经济的发展。准确预测干湿变化的长期趋势是满足这些重大需求的前提，而预测的基础是厘清其形成的机制。

气候干湿变化的主导因素有降水、气温、风速等多个要素，是气候变化过程的一个主要特征，其形成原因是气候系统内部变率和包含人类活动影响的外部强迫，温室气体、土地利用／土地覆盖、人类用水等人类活动的介入使得干湿变化的形成过程变得尤为复杂。为了聚焦问题，这里仅从气候系统内部变率和对区域尺度气候干湿变化有显著影响的土地利用／覆盖变化两个方面进行评述。

2.1 大尺度土地利用／覆盖变化對气候干湿变化的影响

近100年来，人类活动已成为气候变化的重要驱动力。早在20世纪70年代，Charney et al.（1975）就提出了地表反照率和干旱之间的生物物理正反馈机制，这为开展大尺度土地利用／覆盖变化与气候变化的相互作用研究奠定了基础，也促进了地表覆盖变化影响气候变化的理论发展（Sud and Fennessy，1982;Laval and Picon，1986;Xue and Shukla，1993;Zeng et al.，1999a;符淙斌和袁慧玲，2001;Wittig et al.，2007）。Charney et al.（1975）理论的核心是认为人类活动对地表覆盖的改变引起了非洲的干旱，而干旱进一步加剧了土地荒漠化和生态系统的退化，随之又加强了干旱，形成了一个正反馈机制。因而，一些研究把20世纪北非Sahel地区的持续干旱归结为人类活动对土地利用的改变（Zeng et al.，1999;Nicholson，2000;Zeng and Yoon，2009）。北美（Cook et al.，2009）和中国北方（符淙斌和袁慧玲，2001）地表过程变化在年代尺度干湿变化形成中起着重要作用。Charney et al.（1975）理论的最大贡献在于把由人类活动引起的土地利用／覆盖变化与气候变化联系起来，然而，该理论及其随后的一系列研究结果都是建立在理想实验的基础上，即模式的驱动参数被过分夸大，与实际情况并不相符，当应用实际的地表覆盖数据驱动时，并不能产生上述结果（Taylor et al.，2002;Wang et al.，2004）。最近的一系列研究从模式模拟和观测数据的分析两个方面揭示了植被和大气相互作用对干湿变化的影响。如Smith et al.（2023）的工作指出：赤道森林的砍伐能导致大尺度（>50 km）的降水减少，降水减少的最大值出现在200 km处;大尺度的植树造林能够使得局地蒸散发增加而引起有效水资源和流量的减少，但大气水分再循环的增加弥补了这种不利影响。造林对降水的影响具有明显的区域差异，有些地区减小，有些地方增加（Hoek van Dijke et al.，2022）;大规模的森林恢复或者植树造林将增加全球降水（Tuninenburg et al.，2022）;Zhang et al.（2021）利用耦合了陆面模型的气候模式模拟说明，黄土高原的植被增加引起了降水的显著增加。然而，在干旱／半干旱区，植被恢复可能会导致有效水资源量的减少，加剧干旱／半干旱区水资源的供需矛盾（Sun et al.，2015;Lv et al.，2019;Hoek van Dijke et al.，2022）。

一般来讲，土地利用／覆盖变化对区域气候变化的影响包括两个方面：1）土地利用／覆盖变化所引起的地表生态系统和大气间能量、动量和水分通量的改变，是地表的生物物理过程;2）土地利用／覆盖变化改变了地表对碳的吸收，是地表的生物化学过程。但现有地球系统模式主要考虑地表的生物物理过程，地球生物化学过程考虑严重不足。同时，由于缺乏大范围的陆地表面过程观测数据，地表基本过程的特征还不甚清楚，陆面模式中关键参数的厘定存在着很大的不确定性，模拟的结果缺乏验证，无法量化其影响的大小。尽管存在上述问题，但不可否认由土地利用／覆盖变化引起的地表过程变化对干旱／半干旱地区年代尺度气候变化的重要作用。近年来，全球陆面同化数据的建立、卫星遥感信息的应用和全球陆面实验观测协同网络（CEOP，Coordinated Energy and Water Cycle Observation Project）为解决上述问题提供了数据基础，而高分辨率区域模式与全球气候模式嵌套已成为研究土地利用／覆盖变化和气候变化相互作用机制的有效工具，这将是全球气候变化研究的必然趋势。

2.2 海温对干湿长期变化的影响

过去，关于海温变化对干旱／半干旱区气候变化影响的研究主要集中在北非、北美西部和东亚北部三个区域。过去30年，北非Sahel的干旱化是全球气候变化研究的焦点问题之一。大量的研究表明，热带大西洋和热带印度洋的异常变暖对Sahel的干旱化起到决定性的作用（Bader and Latif，2003;Giannini et al.，2003;Hagos and Cook，2008）。Delworth and Manabe（1993）和Lu and Delworth（2005）则强调了全球海洋对北非干旱化的重要性。不同区域海洋影响北非气候变化的时间尺度不同，太平洋通过ENSO过程影响了北非气候的年际变化，而Sahel气候的年代际特征与大西洋和印度洋的海温变化有关（Giannini et al.，2003，2005）。北美的年代尺度干旱起因于太平洋和大西洋海温的异常变化（Manabe et al.，2004;Pegion and Kumar，2010;Vizy and Cook，2010）;中国北方近期的干旱化与太平洋年代际振荡（PDO）有关（Ma，2007）;其他一些研究也證明大西洋的多年代际振荡（AMO）对美国西部及墨西哥的持续干旱有重要的影响;多模式集成的结果也指出全球海温变化在近百年年代际干旱形成中的重要作用（Findell and Delworth，2010）。然而，尽管在实际海温的驱动下数值模拟能够较好再现Sahel、北美和东亚年代尺度干旱的时间变化和持续性特征，但多数模式还不能准确描述降水的变幅，模式模拟的比实际观测的变幅要小。虽然在实际海温的驱动下模式能模拟近百年多数的年代尺度干旱，但却无法解释20世纪30年代沙尘暴事件（Cook et al.，2009），即使以海洋强迫为主要驱动因子的模式里，对陆气相互之间的反馈也是敏感的（Giannini et al.，2008）。看来，过去100年，全球海温变化在年代尺度干旱形成过程中起着关键作用，决定了干旱的年际和年代际变化特征;而地表过程和大气的反馈过程加强了气候变化的振幅。但由于全球模式的粗分辨率特点，不能客观表征不同区域下垫面的非均匀状况，我们难以从全球模式的模拟结果中提取区域尺度地气相互作用的可靠信号。

研究表明，有些地区降水的年代尺度变化与AMO有着显著的关联性，但另外一些地区的年代尺度干湿变化却与PDO的关系密切（McCabe et al.，2004；
马柱国和邵丽娟，2006;Ma and Fu，2006;Ma，2007;Yang et al.，2017）。如研究发现，北非20世纪60年代开始的干旱化趋势主要归因于AMO的影响（Shanahan et al.，2009），而PDO 与华北地区和北美西部的年代尺度干湿变化密切相关（Ma，2007;Yang et al.，2017，2019），即当PDO处于暖位相时，华北地区对应一个持续干旱的时段，而北美西部则对应一个持续多雨的时段。这些结果提升了我们对干旱／半干旱区的气候干湿形成机理的认识。然而过去把PDO或者AMO完全孤立起来研究其与干旱／半干旱区气候变化的关系，这与实际情况不符。最近研究的突出进展就是考虑了PDO和AMO的协同作用，即根据PDO和AMO的协同作用认识年代际尺度气候变化的机制（Yang et al.，2017;Zhang et al.，2018）。研究发现，PDO和AMO的协同作用主导了全球陆地降水的年代尺度变化（Yang et al.，2019），尤其是对干旱／半干旱地区年代尺度气候变化的作用。值得注意的是，PDO 和AMO 对干旱／半干旱区的协同作用具有明显的区域差异，如PDO对中国华北地区（马柱国和邵丽娟，2006;马柱国和符淙斌，2007）和北美西部半干旱地区降水的年代际变化产生重要的影响，AMO的作用次之;但在北非地区，AMO的影响则起着主导作用（Yang et al.，2019）。当PDO的位相确定时，我国东部（100°E以东）

降水的年代际变化的分布格局基本确定，而AMO的作用对这种分布格局起着加强或者削弱的作用，即当两者同位相时，PDO的影响被削弱，两者异位相时，PDO的影响被加强（Yang et al.，2017）。尽管目前对全球干旱／半干旱区年代际气候变化的协同作用及这种协同作用的区域差异取得了新认识，但仍然缺乏对各个分量在其在协同作用中的定量贡献的估算，也缺乏对全球三大洋（太平洋、大西洋和印度洋）海温的协同作用的分析。过去几十年，中国东部降水呈现出显著的年代尺度变化特征。2000年以前，中国东部降水的年代尺度变化表现出“南涝北旱”的空间分布格局，即华北地区降水偏少而长江以南地区降水偏多，这种分布格局与PDO和AMO的协同作用具有密切的关系，且PDO主导这种格局的变化；
2000年以后，PDO由暖位相转为冷位相，而中国东部降水也由原来的“南涝北旱”转变成“南旱北涝”，北方大部分地区的降水由减少趋势转为增加趋势（马柱国等，2018），其动力学机制可解释：当PDO正位相时，赤道中东太平洋的暖SST异常会增加从海洋到大气的感热通量，加热整个热带对流层，使其出现正的温度异常;与此同时，北半球中纬度的对流层温度会异常偏冷，从而改变北太平洋及周边地区的经向温度梯度。具体来说，副热带到中纬度地区的经向温度梯度增大，根据热成风原理，该地区的西风增强;而热带和高纬度的经向温度梯度减弱，相应地出现东风异常。这种风场异常使得北太平洋对流层上层出现“南负北正”的涡度切变，即北太平洋北部出现异常气旋，而北太平洋南部出现异常反气旋（图2）。由此造成阿留申低压增强，副高也增强，相对应地，在对流层底层，北太平洋北部出现了一个大范围的气旋性风场，在西北太平洋出现了一个反气旋性风场，长江以南地区出现异常西南风，华北地区则出现异常西北风，这种异常风场会削弱东亚夏季风，阻止热带水汽和雨带向北推进，使得华北地区降水减少，而降水更多集中在长江以南地区，中国东部出现“南涝北旱”；
当PDO负位相时，大气环流的响应则反向，中国东部出现“南旱北涝”（Yang et al.，2017）。大量研究证明，海温的年代际变化对干旱／半干旱区的年代尺度气候变化具有重要影响，尤其是年代尺度干湿变化。PDO 和AMO 的变化主导了全球陆地降水的年代际变化，而两者的协同作用决定干旱半干旱地区降水的年代际变化特征及趋势，它们对干旱／半干旱区影响

的相对贡献大小具有明显的区域差异。然而，现在还缺乏不同海域海温的协同作用对气候年代尺度变化相对贡献的有关研究，这将是未来研究年代际气候变化形成机理的前沿科学问题之一。

3 总结和讨论

气候干湿的长期变化是直接影响水资源和生态系统格局变化的关键驱动因子。在当前全球增暖不断加剧的背景下，区域尺度气候干湿变化已经成为影响人类生存环境显著变化的重要因素，加之人口增长和社会经济发展的需求，人类活动对气候变化的影响达到了前所未有的程度。除气候系统内部的变率外，人类活动的影响已经成为干旱／半干旱区气候变化的关键驱动因素。过去的研究已充分地证明，不同区域间干湿的长期变化存在着显著差异，Sahel地区始于20世纪50年代中期的干旱化、华北20世纪70年代开始的干旱化、中国西北西部的气候“暖湿化”和北美半干旱区2000年前的降水增加趋势均是区域干湿变化的典型个例。过去大量的研究还揭示了气候系统内部变率在区域气候干湿变化中的重要作用。人类活动影响干湿变化机理主要聚焦于CO2的影响，而对于区域尺度土地利用／覆盖变化、人类用水等的影响还没有得到令人信服的結论。加之，气候干湿变化并不能完全代表水文、生态和社会经济的干湿变化。因此，未来关于区域尺度人类活动的影响将是干旱／半干旱气候干湿变化的一个重点问题。深刻认识人类活动的影响是进行干湿变化预测的前提，即干湿的长期变化需要从自然和人类活动影响两个方进行综合研究（图3）。作为全球变化最敏感的地区之一，干旱半干旱区的干湿长期变化研究应关注以下问题：

1） 人类活动，尤其是区域尺度植被变化、农业灌溉、城市化、人工水体对区域干湿变化的影响;

2） 区域尺度上气候系统内部变率和各种人类活动影响的相对贡献，尤其是要量化各因素影响的大小;

3） 气候干湿变化、水文干湿变化、生态系统干湿变化和社会经济干湿变化的相互关联和转化机制及预测。

参考文献（References）

Bader J，Latif M，2003.The impact of decadal-scale Indian Ocean Sea surface temperature anomalies on Sahelian rainfall and the North Atlantic Oscillation［J］.Geophys Res Lett，30（22）：2169.doi：10.1029／2003GL018426.

Berg A，McColl K A，2021.No projected global drylands expansion under greenhouse warming［J］.Nat Clim Change，11（4）：331-337.doi：10.1038／s41558-021-01007-8.

Charney J，Stone P H，Quirk W J，1975.Drought in the Sahara：a biogeophysical feedback mechanism［J］.Science，187（4175）：434-435.doi：10.1126／science.187.4175.434.

Chou C A，Neelin J D，Chen C A，et al.，2009.Evaluating the “rich-get-richer” mechanism in tropical precipitation change under global warming［J］.J Climate，22（8）：1982-2005.doi：10.1175／2008jcli2471.1.

Cook B I，Miller R L，Seager R，2009.Amplification of the North American Dust Bowl drought through human-induced land degradation［J］.Proc Natl Acad Sci USA，106（13）：4997-5001.doi：10.1073／pnas.0810200106.

Cook B I，Smerdon J E，Seager R，et al.，2014.Global warming and 21st century drying［J］.Clim Dyn，43（9）：2607-2627.doi：10.1007／s00382-014-2075-y.

Dai A G，2011.Drought under global warming：a review［J］.Wiley Interdiscip Rev，2（1）：45-65.doi：10.1002／wcc.81.

Dai A G，Lamb P J，Trenberth K E，et al.，2004.The recent Sahel drought is real［J］.Int J Climatol，24（11）：1323-1331.doi：10.1002／joc.1083.

Delworth T，Manabe S，1993.Climate variability and land-surface processes［J］.Adv Water Resour，16（1）：3-20.doi：10.1016／0309-1708（93）90026-C.

Douville H K，Raghavan J，Renwick R P，et al.，2021.Water cycle changes［M］／／Climate change 2021：the physical science basis.Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA：Cambridge University Press：1055-1210.doi：10.1017／9781009157896.010.

Durack P J，Wijffels S E，Matear R J，2012.Ocean salinities reveal strong global water cycle intensification during 1950 to 2000［J］.Science，336（6080）：455-458.doi：10.1126／science.1212222.

Ellis A W，Marston M L，2020.Late 1990s cool season climate shift in eastern North America［J］.Clim Change，162（3）：1385-1398.doi：10.1007／s10584-020-02798-z.

Feng H H，Zhang M Y，2015.Global land moisture trends：drier in dry and wetter in wet over land［J］.Sci Rep，5：18018.doi：10.1038／srep18018.

Feng S，Fu Q，2013.Expansion of global drylands under a warming climate［J］.Atmos Chem Phys，13（19）：10081-10094.doi：10.5194／acp-13-10081-2013.

Findell K，Delworth T，2010.Impact of common sea surface temperature anomalies on global drought and pluvial frequency［J］.J Climate，23：485-503.doi：10.1175／2009JCLI3153.1.

符淙斌，安芷生，2002.我国北方干旱化研究：面向国家需求的全球变化科学问题［J］.地学前缘，9（2）：271-275. Fu C B，An Z S，2002.Study of aridification in northern China：a global change issue facing directly the demand of nation［J］.Earth Sci Front，9（2）：271-275.doi：10.3321／j.issn：1005-2321.2002.02.004.（in Chinese）.

符淙斌，黄燕，1996.亚洲的全球变化问题［J］.气候与环境研究，1（2）：2-8，10. Fu C B，Huang Y，1996.Global change in Aisa［J］.Clim Environ Res，1（2）：2-8，10.（in Chinese）.

符淙斌，马柱国，2008.全球变化与区域干旱化［J］.大气科学，32（4）：752-760. Fu C B，Ma Z G，2008.Global change and regional aridification［J］.Chin J Atmos Sci，32（4）：752-760.doi：10.3878／j.issn.1006-9895.2008.04.05.（in Chinese）.

符淙斌，袁慧玲，2001.恢復自然植被对东亚夏季气候和环境影响的一个虚拟试验［J］.科学通报，46（8）：691-695，706. Fu C B，Yuan H L，2001.A virtual experiment on the impact of restoring natural vegetation on summer climate and environment in East Asia［J］.Chin Sci Bull，46（8）：691-695，706.doi：10.3321／j.issn：0023-074X.2001.08.018.（in Chinese）.

Fu C B，Jiang Z H，Guan Z Y，et al.，2008.Climate of China and East Asian monsoon［M］／／Regional climate studies of China.Berlin，Heidelberg：Springer：1-48.

Fu Q，Feng S，2014.Responses of terrestrial aridity to global warming［J］.J Geophys Res，119（13）：7863-7875.doi：10.1002／2014JD021608.

Giannini A，Biasutti M，Verstraete M M，2008.A climate model-based review of drought in the Sahel：desertification，the regreening and climate change［J］.Glob Planet Change，64（3／4）：119-128.doi：10.1016／j.gloplacha.2008.05.004.

Giannini A，Saravanan R，Chang P，2003.Oceanic forcing of Sahel rainfall on interannual to interdecadal time scales［J］.Science，302（5647）：1027-1030.doi：10.1126／science.1089357.

Giannini A，Saravanan R，Chang P，2005.Dynamics of the boreal summer African monsoon in the NSIPP1 atmospheric model［J］.Clim Dyn，25（5）：517-535.doi：10.1007／s00382-005-0056-x.

Greve P，Orlowsky B，Mueller B，et al.，2014.Global assessment of trends in wetting and drying over land［J］.Nat Geosci，7（10）：716-721.doi：10.1038／ngeo2247.

Greve P，Roderick M L，Ukkola A M，et al.，2019.The aridity index under global warming［J］.Environ Res Lett，14：124006.doi：10.1088／1748-9326／ab5046.

Greve P，Seneviratne S I，2015.Assessment of future changes in water availability and aridity［J］.Geophys Res Lett，42（13）：5493-5499.doi：10.1002／2015GL064127.

Hagos S M，Cook K H，2008.Ocean warming and late-twentieth-century Sahel drought and recovery［J］.J Climate，21（15）：3797-3814.doi：10.1175／2008jcli2055.1.

Held I M，Soden B J，2006.Robust responses of the hydrological cycle to global warming［J］.J Climate，19（21）：5686-5699.doi：10.1175／jcli3990.1.

Hickler T，Eklundh L，Seaquist J W，et al.，2005.Precipitation controls Sahel greening trend［J］.Geophys Res Lett，32（21）：L21415.doi：10.1029／2005GL024370.

Hoek van Dijke A J，Herold M，Mallick K，et al.，2022.Shifts in regional water availability due to global tree restoration［J］.Nat Geosci，15（5）：363-368.doi：10.1038／s41561-022-00935-0.

Huang J P，Yu H P，Guan X D，et al.，2016.Accelerated dryland expansion under climate change［J］.Nat Clim Change，6（2）：166-171.doi：10.1038／nclimate2837.

黃荣辉，韦志刚，李锁锁，等，2006.黄河上游和源区气候、水文的年代际变化及其对华北水资源的影响［J］.气候与环境研究，11（3）：245-258. Huang R H，Wei Z G，Li S S，et al.，2006.The interdecadal variations of climate and hydrology in the upper reach and source area of the Yellow River and their impact on water resources in North China［J］.Clim Environ Res，11（3）：245-258.doi：10.3969／j.issn.1006-9585.2006.03.001.（in Chinese）.

Laval K，Picon L，1986.Effect of a change of the surface albedo of the Sahel on climate［J］.J Atmos Sci，43（21）：2418-2429.doi：10.1175／1520-0469（1986）043<2418：eoacot>2.0.co;2.

李崇银，朱锦红，孙照渤，2002.年代际气候变化研究［J］.气候与环境研究，7（2）：209-219. Li C Y，Zhu J H，Sun Z B，2002.The study interdecadel climate variation［J］.Clim Environ Res，7（2）：209-219.doi：10.3969／j.issn.1006-9585.2002.02.008.（in Chinese）.

李明星，马柱国，2012.中国气候干湿变化及气候带边界演变：以集成土壤湿度为指标［J］.科学通报，57（S2）：2742-2756. Li M X，Ma Z G，2012.Dry-wet climate change and climatic zone boundary evolution in China：taking integrated soil moisture as an indicator［J］.Chin Sci Bull，57（S2）：2742-2756.doi：10.1007／s11783-011-0280-z.（in Chinese）.

Li M X，Wu P L，Ma Z G，et al.，2020.Changes in soil moisture persistence in China over the past 40 years under a warming climate［J］.J Climate，33（22）：9531-9550.doi：10.1175／jcli-d-19-0900.1.

Lu J，Delworth T L，2005.Oceanic forcing of the late 20th century Sahel drought［J］.Geophys Res Lett，32（22）：L22706.doi：10.1029／2005GL023316.

Lv M X，Ma Z G，Peng S M，2019.Responses of terrestrial water cycle components to afforestation within and around the Yellow River Basin［J］.Atmos Ocean Sci Lett，12（2）：116-123.doi：10.1080／16742834.2019.1569456.

Ma Z G，2007.The interdecadal trend and shift of dry／wet over the central part of North China and their relationship to the Pacific Decadal Oscillation （PDO）［J］.Chin Sci Bull，52（15）：2130-2139.doi：10.1007／s11434-007-0284-z.

马柱国，符淙斌，2001.中国北方干旱区地表湿润状况的趋势分析［J］.气象学报，59（6）：737-746. Ma Z G，Fu C B，2001.Trend of surface humid index in the arid area of northren China［J］.Acta Meteorol Sin，59（6）：737-746.doi：10.11676／qxxb2001.077.（in Chinese）.

马柱国，符淙斌，2005.中国干旱和半干旱带的10年际演变特征［J］.地球物理学报，48（3）：519-525. Ma Z G，Fu C B，2005.Decadal variations of arid and semi-arid boundary in China［J］.Chin J Geophys，48（3）：519-525.doi：10.3321／j.issn：0001-5733.2005.03.008.（in Chinese）.

馬柱国，符淙斌，2006.1951—2004年中国北方干旱化的基本事实［J］.科学通报，51（20）：2429-2439. Ma Z G，Fu C，2006.1951—2004年中国北方干旱化的基本事实［J］.Chin Sci Bull，51（20）：2429-2439.（in Chinese）.

马柱国，邵丽娟，2006.中国北方近百年干湿变化与太平洋年代际振荡的关系［J］.大气科学，30（3）：464-474. Ma Z G，Shao L J，2006.Relationship between dry／wet variation and the Pacific decade oscillation （PDO） in Northern China during the last 100 years［J］.Chin J Atmos Sci，30（3）：464-474.（in Chinese）.

马柱国，符淙斌，2007.20世纪下半叶全球干旱化的事实及其与大尺度背景的联系［J］.中国科学（D辑：地球科学），37（2）：222-233. Ma Z G，Fu C B，2007.The fact of global drought in the second half of the 20th century and its connection with large-scale background［J］.Sci China Ser D Earth Sci，37（2）：222-233.（in Chinese）.

马柱国，华丽娟，任小波，2003.中国近代北方极端干湿事件的演变规律［J］.地理学报，58（S1）：69-74. Ma Z G，Hua L J，Ren X B，2003.The extreme dry／wet events in Northern China during recent 100 years［J］.Acta Geogr Sin，58（S1）：69-74.doi：10.3321／j.issn：0375-5444.2003.z1.008.（in Chinese）.

马柱国，符淙斌，杨庆，等，2018.关于我国北方干旱化及其转折性变化［J］.大气科学，42（4）：951-961. Ma Z G，Fu C B，Yang Q，et al.，2018.Drying trend in Northern China and its shift during 1951—2016［J］.Chin J Atmos Sci，42（4）：951-961.doi：10.3878／j.issn.1006-9895.1802.18110.（in Chinese）.

Ma Z G，Fu C B，2006.Some evidence of drying trend over Northern China from 1951 to 2004［J］.Chin Sci Bull，51（23）：2913-2925.doi：10.1007／s11434-006-2159-0.

Manabe S，Wetherald R T，Milly P C D，et al.，2004.Century-scale change in water availability：CO2-quadrupling experiment［J］.Clim Change，64（1）：59-76.doi：10.1023／B：CLIM.0000024674.37725.ca.

McCabe G J，Palecki M A，Betancourt J L，2004.Pacific and Atlantic Ocean influences on multidecadal drought frequency in the United States［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，101（12）：4136-4141.doi：10.1073／pnas.0306738101.

McCabe G J，Wolock D M，2015.Increasing Northern Hemisphere water deficit［J］.Clim Change，132（2）：237-249.doi：10.1007／s10584-015-1419-x.

McKinnon K A，Poppick A，Simpson I R，2021.Hot extremes have become drier in the United States Southwest［J］.Nat Clim Change，11（7）：598-604.doi：10.1038／s41558-021-01076-9.

Milly P C D，Dunne K A，2016.Potential evapotranspiration and continental drying［J］.Nat Clim Change，6（10）：946-949.doi：10.1038／nclimate3046.

Narisma G T，Foley J A，Licker R，et al.，2007.Abrupt changes in rainfall during the twentieth century［J］.Geophys Res Lett，34（6）：L06710.doi：10.1029／2006GL028628.

Nicholson S E，2001.Climatic and environmental change in Africa during the last two centuries［J］.Clim Res，17：123-144.doi：10.3354／cr017123.

Nicholson S E，Grist J P，2001.A conceptual model for understanding rainfall variability in the West African Sahel on interannual and interdecadal timescales［J］.Int J Climatol，21（14）：1733-1757.doi：10.1002／joc.648.

Nicholson S E，Tucker C J，Ba M B，1998.Desertification，drought，and surface vegetation：an example from the West African Sahel［J］.Bull Amer Meteor Soc，79（5）：815-829.doi：10.1175／1520-0477（1998）079<0815：ddasva>2.0.co;2.

Nicholson S，2000.Land surface processes and Sahel climate［J］.Rev Geophys，38（1）：117-139.doi：10.1029／1999RG900014.

Pegion P，Kumar A，2010.Multimodel estimates of atmospheric response to modes of SST variability and implications for droughts［J］.J Climate，23：4327-4341.doi：10.1175／2010JCLI3295.1.

Ranasinghe R，Ruane A C，Vautard R，et al.，2021.Climate change information for regional impact and for risk assessment［M］／／Climate change 2021：the physical science basis.Cambridge，United Kingdom and New York，NY，USA Cambridge University Press：1767-1926.doi：10.1017／9781009157896.014.

Reynolds J，Smith D，Lambin E，et al.，2007.Global desertification：building a science for dryland development［J］.Science，316：847-851.doi：10.1126／SCIENCE.1131634.

Schlaepfer D R，Bradford J B，Lauenroth W K，et al.，2017.Climate change reduces extent of temperate drylands and intensifies drought in deep soils［J］.Nat Commun，8：14196.doi：10.1038／ncomms14196.

Shanahan T M，Overpeck J T，Anchukaitis K J，et al.，2009.Atlantic forcing of persistent drought in West Africa［J］.Science，324（5925）：377-380.doi：10.1126／science.1166352.

Sheffield J，Wood E F，Roderick M L，2012.Little change in global drought over the past 60 years［J］.Nature，491（7424）：435-438.doi：10.1038／nature11575.

Smith C，Baker J C A，Spracklen D V，2023.Tropical deforestation causes large reductions in observed precipitation［J］.Nature，615（7951）：270-275.doi：10.1038／s41586-022-05690-1.

Sud Y C，Fennessy M，1982.A study of the influence of surface albedo on July circulation in semi-arid regions using the glas GCM［J］.J Climatol，2（2）：105-125.doi：10.1002／joc.3370020202.

Sun W Y，Song X Y，Mu X M，et al.，2015.Spatiotemporal vegetation cover variations associated with climate change and ecological restoration in the Loess Plateau［J］.Agric For Meteorol，209／210：87-99.doi：10.1016／j.agrformet.2015.05.002.

Taylor C M，Lambin E F，Stephenne N，et al.，2002.The influence of land use change on climate in the Sahel［J］.J Climate，15（24）：3615-3629.doi：10.1175／1520-0442（2002）015<3615：tioluc>2.0.co;2.

Trenberth K E，Dai A G，van der Schrier G，et al.，2014.Global warming and changes in drought［J］.Nat Clim Change，4（1）：17-22.doi：10.1038／nclimate2067.

Tuinenburg O A，Bosmans J H C，Staal A，2022.The global potential of forest restoration for drought mitigation［J］.Environ Res Lett，17（3）：034045.doi：10.1088／1748-9326／ac55b8.

Vizy E K，Cook K H，2010.Influence of the amazon／orinoco plume on the summertime Atlantic climate［J］.J Geophys Res，115（D21）：D21112.doi：10.1029／2010JD014049.

Wang G，Eltahir E A B，Foley J A，et al.，2004.Decadal variability of rainfall in the Sahel：results from the coupled GENESIS-IBIS atmosphere-biosphere model［J］.Clim Dyn，22（6）：625-637.doi：10.1007／s00382-004-0411-3.

王紹武，朱锦红，1999.国外关于年代际气候变率的研究［J］.气象学报，57（3）：376-384. Wang S W，Zhu J H，1999.A review of overseas study on inter decadal variability［J］.Acta Meteorol Sin，57（3）：376-384.（in Chinese）.

Wittig R，Knig K，Schmidt M，et al.，2007.A study of climate change and anthropogenic impacts in West Africa［J］.Env Sci Poll Res Int，14（3）：182-189.doi：10.1065／espr2007.02.388.

Xue Y K，Shukla J，1993.The influence of land surface properties on Sahel climate.part 1：desertification［J］.J Climate，6（12）：2232-2245.doi：10.1175／1520-0442（1993）006<2232：tiolsp>2.0.co;2.

Yang Q，Ma Z G，Fan X G，et al.，2017.Decadal modulation of precipitation patterns over eastern China by sea surface temperature anomalies［J］.J Climate，30（17）：7017-7033.doi：10.1175／jcli-d-16-0793.1.

Yang Q，Ma Z G，Wu P L，et al.，2019.Interdecadal seesaw of precipitation variability between North China and the southwest United States［J］.J Climate，32（10）：2951-2968.doi：10.1175／jcli-d-18-0082.1.

Zeng N，Neelin J D，Lau K M，et al.，1999.Enhancement of interdecadal climate variability in the Sahel by vegetation interaction［J］.Science，286（5444）：1537-1540.doi：10.1126／science.286.5444.1537.

Zeng N，Yoon J，2009.Expansion of the worlds deserts due to vegetation-albedo feedback under global warming［J］.Geophys Res Lett，36（17）：L17401.doi：10.1029／2009gl039699.

Zhang B Q，Tian L，Zhao X N，et al.，2021.Feedbacks between vegetation restoration and local precipitation over the Loess Plateau in China［J］.Sci China Earth Sci，64（6）：920-931.doi：10.1007／s11430-020-9751-8.

Zhang Z Q，Sun X G，Yang X Q，2018.Understanding the interdecadal variability of East Asian summer monsoon precipitation：joint influence of three oceanic signals［J］.J Climate，31（14）：5485-5506.doi：10.1175／jcli-d-17-0657.1.

·ARTICLE·

Progress and reflection on the study of interdecadal changes in dry and wet conditions in global arid and semiarid regions

FU Congbin1，MA Zhuguo2

1Nanjing University，Nanjing 210044，China;

2Key Laboratory of Regional Climate and Environment for Temperate East Asia，Institute of Atmospheric Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China

Abstract The investigation of climate change in arid and semiarid regions has long been a prominent scientific issue of extensive interest，particularly concerning the patterns and future trends of dry and wet climatic variations.Previous research has made significant advancements in unraveling the facts and mechanisms underlying these climatic changes across diverse arid and semiarid regions worldwide.Although the 6th IPCC evaluation report indicates a projected exacerbation of global aridity trends in the future，several contentious issues persist.This paper provides a comprehensive review of studies focusing on interdecadal changes in dry and wet conditions，particularly interdecadal drought，in arid and semiarid regions within the context of global warming.The current state of related research is systematically analyzed，and key scientific challenges faced by arid and semiarid region studies are identified.

Keywords arid／semiarid regions;interdecadal dry and wet changes;impact of human activities

doi：10.13878／j.cnki.dqkxxb.20230517001

（責任编辑：张福颖）