強化氣象科技支撐 攻堅干旱前沿難題

王涵

干旱是自然界的一種異常現象，具有發生頻率高、持續時間長、影響面積廣等特點。其形成機制復雜而又深奧，是全球氣候變化背景下對農業生產、生態環境和社會經濟發展影響最深遠的自然災害。每年因干旱災害導致我國糧食減產數百至數千萬噸，嚴重制約著社會經濟可持續發展和生態文明建設。因此，干旱一直是地球科學和生態學界高度關注的熱點問題之一。對干旱的精確監測、及時預警和高效防范，是從事干旱氣象研究的科學家畢生努力的方向。

學成于有著“中國氣象人才搖籃”之稱的“南京氣象學院”，在甘肅省氣象局不斷歷練成長，現任中國氣象局蘭州干旱氣象研究所研究員、甘肅省基礎研究創新群體牽頭人、第八屆甘肅省科學技術協會委員、中國氣象學會干旱氣象學委員會委員岳平，帶領團隊研發了基于現代觀測體系的雨養農業生態系統干旱監測預警技術，深入開展了干旱對黃河上游關鍵水源涵養區生態環境的影響機制及監測預警研究，其成果為甘肅省重大干旱防災減災和生態環境治理提供了重要技術支撐。

作為主要從事陸-氣相互作用與干旱致災機理研究的省創新群體牽頭人，在多年研究中，岳平帶領課題組建成了沿夏季風伸展和進退方向的“十”字形陸-氣相互作用觀測體系，構建了一套適合我國干旱區的陸面過程參數化方案；通過觀測試驗研究，揭示了半干旱區生態系統水-熱-碳耦合機制，發現了水分利用效率隨干旱強度的轉換規律，發現了荒漠化地帶與沙漠腹地起沙物理特性的差異，創新研究成果多次獲得省部級基礎研究和科技進步獎勵。

雨養農業生態系統干旱監測

作為承擔著干旱氣象專業優勢領域核心攻關任務和區域共性關鍵技術研究的國家級科研院所，中國氣象局蘭州干旱氣象研究所（以下簡稱“干旱所”）緊緊圍繞現代氣象業務發展需求和專業定位，以加強氣象科技創新、突破氣象核心技術和區域共性關鍵技術、提升科技支撐能力及發揮科技引領和輻射作用為目標，聚焦區域氣象業務發展和現代氣象服務中的關鍵科技問題，深入開展應用基礎研究和技術研發，重點解決我國干旱氣象業務發展中急需的科技前沿和重大關鍵科技問題。

在岳平看來，關于重大干旱，目前主要從大氣環流的角度揭示其形成和發展的物理機制，很少考慮陸-氣相互作用的反饋過程對干旱的影響，從而導致對重大干旱發生、發展及演變規律和形成機理的研究不夠深入。此外，干旱監測預警中多源資料和新技術的集成與應用研究不充分是制約干旱氣象業務發展的重要瓶頸所在。尤其我國西北地區旱作農業生態區完全依賴自然降水，干旱對農業生態系統的影響非常突出，開展雨養農業生態系統干旱觀測與監測研究是迫切面對的重要科學問題。

自2007年以來，岳平和團隊通過綜合分析我國西北地區干旱發生的自然規律、地表植被和海溫變化對干旱的影響機制，研究了作物生長層水熱轉化過程對農業生態系統干旱的影響機理，揭示出半干旱生態系統水熱和碳水耦合機制受干旱脅迫的轉換特征。通過科學實驗，他們還發現了半干旱地區凝結水的形成機制及其對水分平衡的影響規律，建立了作物生育層水熱轉化關系，揭示了半干旱地區植被重建對土壤水分儲量及其水分利用規律，發現陸面水熱交換年際變化主要受有效降水頻次影響，揭示了半干旱草地生態系統水、熱、生之間的耦合機制，發現了水分利用效率隨干旱強度的轉換規律。一系列的研究不僅為干旱監測預警提供了重要技術支撐，而且為應對氣候變換背景下生態治理與環境修復提供了理論基礎。其團隊利用陸面模式，在結合強迫資料生成和應用百分位數判斷干旱等級的干旱監測技術研究的基礎上，研發了陸面過程模式的干旱監測業務系統，使干旱監測時效提前了3天，干旱監測準確率提高了10%。該成果已經在我國北方多個省區推廣應用。成果發表在Agric For Meteorol、J Hydrology、Bound-Layer Meteorol、Sci China-Earth Sci和《科學通報》等國內外高影響學術期刊上。干旱監測技術和服務產品等一系列創新成果，大大提高了我國干旱災害和干旱致災過程的研究水平，改進了我國干旱災害監測與觀測技術手段及業務能力，為地方政府提供了重要決策依據，并獲得了甘肅省科技進步獎二等獎。

干旱對黃河上游關鍵水源涵養區生態環境影響

黃河流域生態治理和高質量發展是重大國家戰略，黃河上游（瑪曲段、洮河流域、大通河流域）是關鍵水源補給區，也是國家生態安全屏障。黃河上游關鍵補給區位于寒旱區，因特殊的地理環境和氣候環境，該區域生態環境和水資源對干旱氣候變化非常敏感。開展干旱對黃河上游關鍵補給區生態環境的影響及其監測預警技術研究對生態環境保護、水資源合理開發和防災減災能力提升具有重要意義。然而受自然條件和經濟發展約束，區域內氣象觀測站點稀疏，更缺乏陸面生態系統長期定位觀測，限制了對黃河上游關鍵水源補給區干旱與陸面生態系統水熱交換和碳循環機制的認識，嚴重制約了對區域氣候的數值模擬能力和干旱監測預警技術水平的提升。

因此，針對影響黃河上游關鍵水源補給區干旱對生態系統影響及其監測預警技術難題，岳平和團隊利用黃河上游關鍵水源補給生態定位綜合觀測資料、氣象臺站觀測資料、陸面格點同化數據、MODIS遙感資料以及陸面過程和區域氣候模式，通過定位觀測、理論分析和數值模擬等手段，在黃河上游關鍵水源補給區生態系統碳水循環過程、干旱的多尺度特征和干旱監測預警技術等方面取得了一系列理論和技術創新。譬如研發了基于綜合觀測陸面參數化方案和土壤濕度遙感產品評估新方法，有效解決了高原地區觀測匱乏問題；定量評價了黃河上游水源補給區陸地主要生態系統碳收支，揭示了干旱影響碳交換和水分利用效率的機制；揭示了植被狀況對區域氣候變化的響應及其影響午后對流降水的機理，增強了對寒旱區土壤-植被-大氣相互作用對區域氣候影響的科學認識；研究了黃河上游關鍵補給區氣候多尺度特征及極端氣候事件變化規律，黃河上游關鍵水源補給區未來情景預估。