近年来，新疆地区气候“暖湿化”及影响问题引起科学界和社会大众的广泛关注和讨论，但21世纪以来新疆气候如何变化及影响尚不清楚。针对上述问题，中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所姚俊强研究员与中科院新疆生态与地理研究所、德国洪堡大学、成都信息工程大学等国内外多家研究机构合作，基于最新的观测资料和多源数据，结合文献综述以及模式模拟预估，系统分析了新疆地区的气候和水文变化，包括气温、降水、极端事件、冰川、湖泊及河流径流等的变化，并从区域水汽源汇及对降水的影响、山盆地形影响下的水汽再循环过程、气候“湿干转折”及生态负效应和荒漠-绿洲过渡带变化等方面系统评述了气候变化对干旱区生态和水文系统的影响。
依据观测气象记录和多源资料，揭示新疆地区自1961年以来经历了显著的变暖变湿趋势，1961~2018年期间新疆年平均温度变化趋势高于全球陆地和全国水平，升温速率约0.30ºC/10a；年降水量增加趋势明显，增加速率为9.9 mm/10a，山地区域增加更为显著，表现出明显的“增湿海拔依赖”特征，同时降水的年际变率有所增大。新疆极端高温事件显著增加，极端冷事件和寒潮显著减少，降水变化呈现出极端性趋势。21世纪以来气候发生明显改变，表现为气温出现跃变式升高且维持高温波动，降水量增加趋势减缓。新疆气候“暖湿化”和“暖干化”并存，大部分地区出现“湿干转折”迹象，且极端事件频发重发。
Fig. 1. Time series of annual mean air temperature (Tmean, a) anomalies, maximum (Tmax, b) and minimum (Tmin, c) air temperature anomalies and DTR (d) in XJ. The anomaly was calculated based on 1971 – 2000 climatological data.
气候变暖加速导致新疆冰川总体退缩，但区域差异较大，冰川跃动现象增加；积雪范围和积雪日数减少，降雪率下降，融雪期峰值有所提前，降雪强度和雪灾增大。在增暖增湿气候影响下，降水和冰雪融水增加使得新疆部分河流径流量呈增加趋势，部分湖泊扩张。同时，气候“湿干转折”和极端事件频发，气象干旱加剧，气候水文变化可能会引起负面生态效应，观测的土壤水分下降、生长季植被生长减缓、荒漠-绿洲过渡带萎缩，进而威胁绿洲安全，对新疆生态和水文系统造成不利影响。
Fig. 2. (a) Glacier mass balance change in the Urumqi Glacier No. 1 (UG1) during 1961– 2018. (b) Glacier retreat rate of the east and west branches in the UG1 during 1993-2018. (c) These photos provided by the Daxigou Mereological Station of Xinjiang Meteorological Bureau and the Tianshan Glaciological Station, Chinese Academy of Sciences.
预估结果表明21世纪气温和降水也均将呈增加趋势，但新疆干旱气候的整体格局将不会改变；未来新疆极端暖事件和极端降水事件的频率、强度进一步增加，极端冷事件频率和强度进一步减小，强降水量及强降水事件频率将显著增加。以上研究表明近几十年来新疆地区对全球气候变化有显著的水文和生态效应，并在未来可能会加剧，对该地区生态、水资源安全和社会经济可持续发展具有潜在的影响。该成果可为气候变化背景下新疆地区水文水资源和生态环境影响的综合评估提供科技支撑。
Fig. 3. (a) Change in SPEI at different timescales (1 to 24 months) in XJ during 1961 – 2015. (b) Evolution of soil moisture (red solid line) and vegetation NDVI (green solid line) in XJ during 1982 – 2010. Red dotted line represents the warm – humid climate during 1985 – 1997; blue dotted line represents the climatic wet – to – dry shift since 1997. Gray shadow represents soil moisture at each depth (0 – 50 cm) in XJ.
目前，仍缺乏高海拔地区和沙漠腹地的第一手监测资料，限制了对新疆山地-绿洲-荒漠气候和水文系统相互作用过程和机制的认识。在未来需要统筹考虑新疆山地、绿洲和荒漠三大生态和水循环过程，建立长期持续的监测系统，完善气候-生态-经济-社会系统的影响和适应体系，将有助于我们对气候变暖及其对新疆地区水文水资源和生态环境影响的综合评估。
Fig. 4. Conceptual model of climate and hydrological changes in XJ, China
Fig. 5. Theoretical framework of the climate and human activity influence on hydrological changes in mountain – basin system
近日，该研究成果以“Recent climate and hydrological changes in a mountain-basin system in Xinjiang, China” 为题发表于地球科学TOP期刊Earth Science Reviews（中科院一区，IF=12.413）。该论文第一单位为中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，姚俊强研究员为第一作者兼通讯作者，中国科学院新疆生地所陈亚宁研究员为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划项目课题（2018YFA0606403、2019YFC1510501）和国家自然科学基金（U1903113）等项目联合资助。
参考引用 ↓
Yao Junqiang, Chen Yaning, Guan Xuefeng, Zhao Yong, Chen Jing, Mao Weiyi. Recent climate and hydrological changes in a mountain – basin system in Xinjiang, China, 2022, Earth-Science Reviews, 226: 103957. Doi: 10.1016/j.earscirev.2022.103957.
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2022.103957
