华北极端干旱事件的归因研究

Drought is the most severe natural hazard threatening North China. Understanding the mechanism responsible for North China extreme drought events can provide useful scientific support for North China drought forecast and early warning. It is of central importance to the national ability on drought monitor and early warning and reducing loss caused by drought. This project will perfom attribution study on North China extreme drought events from both specific case study and long-term trend perspective. The main motivations of the proposal include: 1) to reveal the role of large scale atmospheric circulation anomalies and local feedbacks driving the long term persistent North China extreme drought events, especially understanding the role of sea surface temperature (SST) forcing ; 2) to reveal the relative contributions of natural SST anomalies and anthropogenic forced SST anomalies to the specific North China extreme drought event by performing a series of sensitivity numerical experiments and using the output from World Climate Research Programme's (WCRP) Climate Variability Programme's (CLIVAR) "Climate of the 20th Century Plus Project" ("C20C+"); 3) to attribute the long-term increasing tendency of North China drought events since the 1950s by using the Detection and Attribution Model Intercomparison Project (DAMIP) for WCRP Coupled Model Intercomparison Project phase 6 (CMIP6).

干旱是华北地区面临的最主要的自然灾害，理解华北极端干旱事件的产生机理，为华北极端干旱事件的预测和预警提供科学支撑，对于提高我国干旱的监测预警及抗旱减灾能力具有重要意义。本项目将围绕华北地区典型极端干旱事件和干旱长期趋势两方面问题，开展归因研究；拟综合各种观测资料和再分析资料，揭示华北极端干旱事件产生和维持的大尺度环流因子和局地反馈过程，重点理解关键区海温强迫对华北干旱事件的影响；在此基础上，基于真实海温驱动的敏感性数值试验及世界气候研究计划（WCRP）气候变率和可预报性研究计划（CLIVAR）“20世纪极端事件检测与归因研究”科学计划（"C20C＋"）的数值试验结果，理解自然海温强迫与人为强迫对华北地区典型极端干旱事件发生风险的相对贡献；最后，利用第六次模式比较计划（CMIP6）检测与归因模式比较计划数值试验，对近60年华北地区极端干旱事件增加趋势加以归因。

干旱是华北地区面临的最主要的自然灾害，理解华北极端干旱事件的产生机理，为华北极端干旱事件的预测和预警提供科学支撑，对于提高我国干旱的监测预警及抗旱减灾能力具有重要意义。本项目围绕华北地区典型极端干旱事件和干旱长期趋势两方面问题，开展了归因研究，取得的主要成果如下：1）基于观测资料和数值模式揭示了华北极端干旱事件产生和维持的大尺度环流特征，发现华北春夏连旱通常伴随La Niña向El Niño转换，前冬伴随的负NPO位相通过季节脚印机制，使得影响华北干旱的关键环流维持春夏两个季节。2）采用ENSEMBLES历史回报试验，验证了ENSO事件对华北极端干旱事件发生的主导作用，提出了华北夏季极端干旱事件可预报性的两种可能因子：完全建立的El Niño年夏季海温强迫和热带中太平洋El Niño发展年中纬度的海气相互作用过程。3）基于WCRP/CLIVAR “20 世纪极端事件检测与归因研究”科学计划（“C20C＋”）试验结果，发现1999-2002年华北极端干旱事件主要受自然变率所主导，人类活动对降水异常的影响不显著，但人类活动对我国华南春季极端干旱事件的影响可以被检测到。人类活动可减弱Walker环流，增加南海夏季风爆发偏晚事件的发生概率，加之全球变暖带来的蒸发增强，增加了类似2018年晚春干旱事件的发生风险。4）采用分离强迫试验定量分析了人类活动对华北地区极端干旱事件增加趋势的贡献，指出人为气溶胶强迫增加了我国华北夏季极端干旱事件发生频率。发现气溶胶强迫减少了到达地面的短波辐射，减弱东亚夏季风减弱，增加极端弱南风出现频率，华北夏季极端干旱概率增加。