全球增暖1.5℃背景下东亚干旱半干旱区的扩张及其动力机制

The goal of 1.5℃ global warming is an important issue which urgently needs to be addressed in the current field of global climate change. As the main area of the "Silk Road Economic Belt", the dryland (including arid and semi-arid regions) in East Asia is one of the most sensitive areas to climate change, and the increasing trend on area expansion and drought of which is significant. Therefore, it has important scientific significance and strategic value to project the response of dryland expansion to the 1.5℃ global warming target. This proposal intends to carry out a research around this key scientific issue, which contains analyzing the spatial and temporal variations of the dryland expansion in East Asia, assessing the simulation skills of the climate models on dryland expansion, projecting the future dryland expansion under the background of 1.5℃ and 2℃ global warming and discussing the impacts of the difference between these two targets, quantifying the relative contributions of different meteorological elements to the dryland expansion and identifying the dominant elements, verifying the large-scale system anomalies and the circulation anomalies which play important roles, and clarifying the dynamic mechanism of the dryland expansion. By the systematic and deep study, it aims to better understand the mechanism of dryland climate change in East Asia, provide references of higher confidence for the setting up of 1.5℃ target and offer new scientific support for the "One Belt and One Road" national strategic layout and the sustainable development strategy.

全球增暖1.5℃目标的确定是当前全球气候变化领域亟待解决的重要议题，迫切需要进行系统评估。而东亚干旱半干旱区是国家“丝绸之路经济带”的主体区域，作为全球对气候变化的最敏感的地区之一，其面积扩张和干旱化趋势十分显著，预估其对全球增暖1.5℃目标的响应具有重要科学意义和战略价值。本项目拟围绕这一关键科学问题开展研究，分析东亚干旱半干旱区扩张的时空演变规律，评估气候模式对扩张的模拟能力，预估全球增暖1.5℃和2℃背景下东亚干旱半干旱区的扩张程度并讨论二者差异造成的影响，量化各气象要素的气候响应对扩张的相对贡献，厘清引起扩张的主导要素，确定对其起主要作用的大尺度系统异常和环流型异常，阐明东亚干旱半干旱区扩张的环流动力机制。通过系统深入研究，加深对东亚干旱半干旱气候变化机理的认识，为全球增暖1.5℃目标的确定提供可信度更高的参考依据，为“一带一路”国家战略布局和可持续发展战略的实施提供新的科学支撑。

东亚干旱半干旱区位于“丝绸之路经济带”的主体地域，是我国重要的生态安全屏障，但生态环境承载力差、对全球增暖的响应敏感，其面积扩张显著。因此，预估其对全球增暖1.5℃目标的响应并揭示其成因是亟待解决的重大科学问题。本研究围绕该问题开展研究，所取得的主要结果包括：1）评估了气候模式对不同时间尺度气温变率的模拟效果，北半球中低纬度地区气温的趋势和年代际变率能够被较好模拟，但年际变率却难以描述；多数模式能较好反映太平洋年代际振荡（PDO）的空间模态，而PDO对干旱半干旱区干湿年代际变率有重要调控作用。2）预估了全球增暖1.5℃下的干旱半干旱区平均气候响应，当全球增暖2°C（1.5°C）时全球干旱半干旱区平均气温上升~2.3°C（1.6°C），与1.5 °C增温目标相比，2°C增温将导致欧亚和北美干旱半干旱区气温增加~1.0°C；而增加的降水（21.8-42.6毫米/年）对2°C的响应不足以抵消增加的潜在蒸散发（88.3-101.7毫米/年），而增温控制在1.5°C以内可使扩张减少~44%。3）预估了全球增暖1.5℃下的东亚干旱半干旱区极端温度和极端降水的响应，表征极端温度冷事件频率的霜日数和冰日数将减少~10天（1.5°C）和~15天（2°C），同时极端暖事件指数上升；冬季增温幅度相比夏季多~0.2-0.4°C，0.5°C的额外升温会导致气温日较差在夏季的干湿过渡带增长~0.3-0.5°C，这种变化与云量和降水的分布密切相关；0.5°C的额外增暖会使极端降水指数的数值和覆盖范围均有显著增加，干旱半干旱区极端降水发生风险大于湿润区。4）阐明了东亚干旱半干旱区扩张的成因，量化了降水、气温、湿度、风速和净辐射通量等各要素对0.5℃增温差异的响应及其贡献率，确定气温的快速增长是导致干旱扩张的主导要素，湿度和净辐射通量的增加对扩张有正贡献，地表风速的减少起弱负贡献；增温的变干响应在干湿过渡带最显著，从而导致干旱区扩张。本项目为全球减排方案的确定提供了参考，为“一带一路”和可持续发展的实施提供了支撑。