地球科学进展

地球科学进展, 2022, 37(2): 111-119 DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.006

综述与评述

全球气候变化对干旱区影响分析

陈亚宁,1,2, 李玉朋1,2, 李稚1,2, 刘永昌1,2, 黄文静1,2, 刘西刚1,2, 冯梅青1,3

1.中国科学院新疆生态与地理研究所 荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011

2.中国科学院大学 资源与环境学院，北京 100049

3.新疆师范大学 地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054

Analysis of the Impact of Global Climate Change on Dryland Areas

CHEN Yaning,1,2, LI Yupeng1,2, LI Zhi1,2, LIU Yongchang1,2, HUANG Wenjing1,2, LIU Xigang1,2, FENG Meiqing1,3

1.State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology，Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011，China

2.College of Resources and Environment，University of China Academy of Sciences，Beijing 100049，China

3.College of Geography and Tourism，Xinjiang Normal University，Urumqi 830054，China

收稿日期: 2021-10-12   修回日期: 2022-01-07  

基金资助: 国家自然科学基金项目“中亚地区干旱变化的区域分异特征及驱动因子研究”.  U2003302
中国科学院战略性先导科技专项“塔里木河五源流与干流的水利联系及连通性研究”.  XDA20100303

Received: 2021-10-12   Revised: 2022-01-07  

作者简介 About authors

陈亚宁（1958-），男，新疆阿克苏人，研究员，主要从事干旱区生态水文研究.E-mail：chenyn@ms.xjb.ac.cn

CHENYaning(1958-),male,AksuCity,XinjiangUygurAutonomousRegion,Professor.Researchareasincludeeco-hydrologyinaridregion.E-mail:chenyn@ms.xjb.ac.cn

摘要

干旱区约占地球陆地面积的41%，养育了世界上超过38%的人口，是大多数发展中国家和贫困人口的聚集地，也是全球气候变化影响和响应最敏感的地区之一，对其气候、水文和生态环境变化开展研究是十分必要的。近几十年来相关研究不少，但结论比较零散，也有很多不一致的地方。基于对国内外文献的分析，归纳梳理了气候变化下干旱区的气候、水文、面积和类型的变化及其这些变化对生态系统的影响。梳理的主要结果如下：干旱区CO2排量约为湿润区的30%，但升温速率却比湿润区高20%~40%。在过去的半个多世纪，干旱区面积增加了约2.61×106 km2，预计21世纪末，全球干旱区面积将继续扩大约5.8×106 km2，占陆地总面积的一半以上。在全球变暖背景下，干旱区中以降水和冰雪融水补给为基础的水资源系统将会更为脆弱，冰、雪等水文要素及水资源构成发生改变，水文波动加大，水资源不确定性加剧。伴随干旱区面积扩大和干旱程度增加，干旱区水资源短缺、水体面积萎缩、生态系统退化、荒漠化程度也随之加剧，未来干旱区社会经济发展和生态安全保障将面临更严峻的挑战。这些归纳梳理所凝练出的一些综合性结论，对政府决策以及未来提出可信明确的科学认识具有一定的参考意义。

关键词： 气候变化 ; 干旱区 ; 水资源 ; 荒漠化 ; 生态危机

Abstract

Drylands cover about 41% of the Earth's land area， support more than 38% of the world's population， and are home to most of the world's developing and poor populations. Drylands are one of the most sensitive areas to the impacts and responses to global climate change， and it is essential to study the changes in their climate， hydrology and ecological environment. There have been many studies in this area in recent decades， but the conclusions are fragmented and there are many inconsistencies. Based on the analysis of domestic and international literature， this paper summarizes and composes the changes in climate， hydrology， area and type of drylands under climate change and the impacts of these changes on ecosystems. The main results of the combing are as follows. CO2 emissions from dryland are only about 30% of those from humid areas， but the warming rate is 20%~40% higher than that of humid areas. In the past half century， the dryland area has increased by about 2.61×106 km2， and by the end of this century， the global dryland area will continue to expand by about 5.8×106 km2， which will occupy more than half of the total land area. Under the background of global warming， the water resources system based on precipitation and snow melt recharge in drylands will be more fragile， and hydrological elements such as ice and snow and water resources composition will change， hydrological fluctuations will increase， and water resources uncertainty will intensify. Along with the expansion of dryland area and the increase of aridity， the shortage of water resources， shrinkage of water bodies， degradation of ecosystems and desertification in dryland areas will also intensify， and the future socio-economic development and ecological security of dryland areas will face more severe challenges. Some comprehensive conclusions condensed from these inductive combs are of reference significance for governmental decision making and for proposing credible and clear scientific understanding in the future.

Keywords： Climate change ; Dryland ; Water resources ; Desertification ; Ecological crisis

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本文引用格式

陈亚宁, 李玉朋, 李稚, 刘永昌, 黄文静, 刘西刚, 冯梅青. 全球气候变化对干旱区影响分析. 地球科学进展[J], 2022, 37(2): 111-119 DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2022.006

CHEN Yaning, LI Yupeng, LI Zhi, LIU Yongchang, HUANG Wenjing, LIU Xigang, FENG Meiqing. Analysis of the Impact of Global Climate Change on Dryland Areas. Advances in Earth Science[J], 2022, 37(2): 111-119 DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2022.006

1 引 言

干旱区（dryland）覆盖了地球陆地约41%的土地，是全球最不可替代的生物多样性保护区和陆地生态系统中不可或缺的重要组成部分，超过1/3的全球生物多样性热点地区位于干旱区［1］。干旱区降水稀少、土壤贫瘠、生态脆弱，对气候变化和人类活动响应极为敏感［2］。在气候变化、土地覆被变化和人类活动等多种因素的影响下，陆地水循环正经历着以水文非稳定性为特征的快速变化［3］，这一过程将深刻影响干旱地区的生态系统。干旱区养育了世界上超过38%的人口，因受到人类活动的剧烈扰动及其自身资源禀赋的不足，水资源短缺、土地退化、净初级生产损失、生物多样性下降和贫穷等问题突出，成为国际社会关注的热点地区。

近百年来，全球干旱区增温显著，对全球陆地变暖的贡献达到40%以上［4］。据研究统计，由于降水的持续减少和全球的普遍升温，全球极端干旱区的面积扩大了约1倍，且极端干旱事件频发［5］，20世纪全球发生的重大干旱事件（降水的突然减小并持续数年）绝大多数发生在干旱/半干旱地区。在过去60年，全球干旱地区面积不断扩大，并将在21世纪继续保持扩大趋势，尤其在中纬度干旱/半干旱区，因为降水减少和蒸发增加，干旱区面积会进一步扩大，干旱程度也将进一步加剧［6-7］。

气候变暖加速了全球水循环过程，加大了极端气候水文事件的发生频率，并导致全球不同尺度水资源的重新分配，进一步加剧干旱区水资源的供需矛盾，导致水资源与生产力时空不匹配的特征进一步凸显。水资源匮乏和生态系统的脆弱性给干旱区经济社会发展和生态安全带来更严峻的挑战。目前，干旱区的城市约74%处于高用水胁迫状态，在全球变暖背景下，极端干旱事件频繁发生将使干旱区城市面临更高风险的用水危机。研究表明，到21世纪末，全球新增干旱区面积的78%将位于发展中国家［1］。随着人口增长和经济社会发展对水资源需求的进一步增加，干旱区水资源问题、生态问题和民生问题等将会更加突出，影响也更加深远。如何应对和适应未来全球变化背景下可能出现的这些严峻问题，提高水资源、生态系统和经济社会系统应对气候变化的能力，促进干旱区生态安全与经济社会的可持续发展，成为国际社会关注的热点，有诸多科学与技术问题需要研究和回答。

以往对干旱区的研究往往只是侧重于某个热点区域，这些结论往往较为零碎。同时，以往的研究也往往只是侧重于干旱区的某一个特点或者方面（如气候、面积或者生态），缺乏系统的梳理。这些研究的结论有时也不尽一致，亟需对干旱区从整体、宏观和全面的角度开展系统的梳理。在此背景下，本文从干旱区的分布与变化和干旱区气候—水文—生态要素变化这两个角度，归纳了过去几十年干旱区的面积、类型、气候、水文和生态的变化。本文所梳理的一些综合性结论，可服务相关的政府决策，在提出可信明确的科学认识上具有一定参考意义。

2 干旱区的分布与变化

2.1　干旱区的划分及分布

国内外研究对干旱区的定义众说纷纭，莫衷一是。有学者提出，干旱区是指在相对广阔、长期无降水或降水异常偏少的气候背景下，水分供应严重不足的区域［8］。也有研究提出，干旱区是指那些作物、牧草、木材和其他生态系统服务生产受到水分限制的地区［9］。但普遍都认可水分是限制干旱区发展的主要制约因素，其中，最为广泛接受的2个定义来自联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations， FAO）和《联合国防治荒漠化公约》（United Nations Convention to Combat Desertification，UNCCD）。FAO将干旱区定义为生长期长度为1~179天的地区，其分类包括干旱区、半干旱区和半湿润干旱区。UNCCD采用干旱指数（Aridity Index，AI）对干旱区进行划分，AI为年降水量（Precipitation，P）与潜在蒸散量（Potential Evapotranspiration，PET）的比值（P/PET）。潜在蒸散量是对大气通过蒸发和植物蒸腾作用从下垫面消耗水分的“干燥能力”的度量。把AI<0.65的区域划分为干旱区，该定义被广泛应用于国内外干旱区的研究中。本文沿用的是UNCCD对干旱区的界定和划分标准。

世界上的干旱区大致呈条带状集中分布于地球南北回归线上，在世界各大洲几乎都有分布，以亚洲和非洲两大洲最为集中（图1）。主要有北美干旱区、南美干旱区、北非干旱区、南非干旱区、中蒙干旱区、中亚干旱区、西南亚干旱区和澳大利亚干旱区八大干旱区，集聚着世界约38%的人口。基于AI可将全球干旱区进一步分为4个子类型：极端干旱区（hyper-arid，AI<0.05）、干旱区（arid，0.05≤AI<0.2）、半干旱区（semiarid，0.2≤AI<0.5）和半湿润区（subhumid，0.5≤AI<0.65）。其中，极端干旱区约占整个干旱区面积的16%，集中在撒哈拉沙漠（Sahara Desert）的中部和北部、阿拉伯半岛东部的鲁卜哈利沙漠（Rubal-Khali Desert）、中国西北部的塔克拉玛干沙漠及南美洲西海岸的阿塔卡马沙漠（Atacama Desert）；干旱区约占整个干旱区面积的26%，主要分布在撒哈拉沙漠南部、非洲南部、阿拉伯半岛西部、中亚、蒙古和中国北部以及澳大利亚的大部分地区；半干旱区约占整个干旱区面积的37%，主要位于美国西部、南美的西海岸、中亚、东亚以及澳大利亚中部除沙漠外的大部分地区；半湿润区多呈带状分布在半干旱区的边缘地带，约占整个干旱区面积的21%。AI≥0.65的地区为湿润区，广泛存在于全球除上述地区外的陆地地区。同时，从半球来看，北半球干旱区集中分布在0°~45°N的陆地范围内，南半球的干旱区则主要位于10°~43°S的陆地范围内。

图1

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图1   全球极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区及湿润区的分布

Fig. 1   Distribution of hyper-arid， arid， semi-arid， dry sub-humid and humid regions in the world


2.2　干旱区面积及类型变化

观测数据表明，在过去的半个多世纪，全球66%的陆地干旱指数AI呈下降趋势，干旱区面积增加了2.61×106 km2，主要分布于非洲、南欧、澳大利亚东部和东亚［7，10］，其中，东亚地区新增的干旱面积占全球新增干旱面积的50%［11］。在干旱区面积整体发生变化的同时，各类型干旱区面积和分布也发生了变化［7］，表现为极端干旱区、干旱区和半湿润区面积分别增加了0.6×106、0.1×106和0.5×106 km2。其中，半干旱类型对干旱区面积扩张的贡献最大，增加了1.6×106 km2（从13.11%增加到13.56%）［12］。

干旱区面积变化的同时，干旱区内部各亚区之间也在相互转化。在过去的半个多世纪，干旱区不同类型亚区的相互转化面积占全球陆地面积的10.1%。干旱、半干旱、半湿润和湿润分别向极端干旱、干旱、半干旱和半湿润类型转化的面积分别占全球陆地面积的0.62%、1.16%、2.32%和3.32%，半湿润、半干旱、干旱和极端干旱分别向湿润、半湿润、半干旱和干旱类型转化的面积分别占全球陆地面积的0.95%、0.68%、0.78%和0.27%［12］。从半湿润（湿润）向半干旱（半湿润）的转化主要发生在东亚、澳大利亚东部、非洲北部和南部、北美北部和南美中部，从半干旱（干旱）向干旱（极端干旱）的转化主要发生在非洲北部、西南亚和澳大利亚东部，从极端干旱（干旱）向干旱（半干旱）的转化主要发生在北美西南部、东非和中亚，从半干旱（干旱）向湿润（半湿润）的转化主要发生在澳大利亚北部、北美北部和西部、南美洲东部以及欧洲东南部（图2）。

图2

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图2   不同干旱类型之间的空间转化图

Fig. 2   Global distribution of neighboring dry subtype changes


2.3　干旱区未来变化趋势

根据CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project phase 5）模式数据，北美西南部、南美洲南部、非洲南部和北部边缘、欧洲南部和澳大利亚的干旱区将进一步扩大。到21世纪末，全球干旱区面积还将继续扩大，将扩大5.8×106 km2（10%），干旱区将占据陆地总面积的一半以上。其中，极端干旱区可能在北非、沙特阿拉伯和伊拉克的部分地区以及南非等地区出现大规模扩张，并逐渐覆盖墨西哥大部分地区、美国西部、南非、西南亚和澳大利亚部分地区；干旱地区的主要扩张将发生在北美西南部、非洲北部边缘、南部非洲和澳大利亚；半干旱区主要在地中海北侧、南非、北美洲和南美洲等地扩张，半湿润地区将在美洲东部、南非、欧洲南部和亚洲部分地区扩张。根据RCP8.5和RCP4.5（Representative Concentration Pathways，RCP8.5和RCP4.5为RCPs的2种典型浓度路径）模式数据，到21世纪末，半湿润区、半干旱区、干旱区和极端干旱区将分别占全球陆地面积的8.3%、20.3%、14.9%、12.6%和8.9%、19.0%、14.4%、8.4%（图3）。另一方面，干旱区也存在萎缩现象，观测数据表明，未来干旱区的萎缩主要发生在印度、中国北部、赤道非洲东部和撒哈拉以南地区，北美洲温带干旱区和南美洲中纬度地区有湿润化趋势。然而，干旱区的萎缩面积远比干旱区的扩张面积小，干旱区面积扩大是主流趋势。

图3

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图3   不同干旱类型在历史时期RCP4.5和RCP8.5情境下所占陆地面积的百分比

Fig. 3   Percentage of land area occupied by different dry types in the historical period， RCP4.5 and RCP8.5 scenarios


干旱区不同类型亚区之间的转化也将会继续保持［6］。其中，湿润、半湿润、半干旱和干旱类型向更为干旱的半湿润、半干旱、干旱和极端干旱类型的转化占主导，主要分布于北美西部和南部、南美西南部和东部、南非、北非、欧亚大陆西南部以及澳大利亚部分地区；半湿润、半干旱、干旱和极端干旱类型向更为湿润的湿润、半湿润、半干旱和干旱类型的转化，主要分布于非洲中部和东部、印度半岛和中国西部等地区。

3 干旱区气候—水文—生态要素变化

3.1　干旱区气候要素变化

在全球变暖的背景下，干旱区整体表现为显著的“暖、干”趋势［11］。干旱区气温以0.032 ℃/a的速度显著增加（P<0.01），并在近几十年呈现加速升温趋势。其中，半干旱和半湿润地区升温趋势分别从1979—1989年的0.02和0.017 ℃/a上升到2009—2018年的0.077和0.065 ℃/a。降水则表现出减少趋势，1979—2018年干旱区降水以0.888 mm/a的速度显著减少（P<0.01），仅非洲南部、澳大利亚以及北非和南亚干旱区的夏季降水量为增加趋势。此外，相关研究表明，在降水量减少的地区具有更强烈的变暖趋势，这表明蒸发的制冷效应可能正在下降［13］。表1结果显示，在过去的1个世纪里，干旱区的二氧化碳（CO2）排放量约为230 Gt C，仅是湿润区的30%，但其升温幅度（1.2 ~1.3 ℃）比湿润区高出了20%~40%［2］，升温速率是湿润地区的2.1倍［7］。值得一提的是，仅半干旱区的升温对全球变暖的贡献率就达到了44.46%［4］。

表1   干旱区和湿润区在1920—2015年的升温幅度和CO2 排放量对比

Table 1  Comparison of warming and CO2 emissions in dryland and humid areas from 1920-2015

区域类型干旱区湿润区
升温幅度（1.28±0.18） ℃/96a（0.92±0.13） ℃/96a
CO2 排放量约230 Gt C约750 Gt C

注：1 Gt C=1015 g C。

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未来干旱区的变暖还会继续加剧。在RCP8.5和RCP4.5情景下，到21世纪末，干旱区将分别增温6.5和3.5 °C，远高于世界上其他地区。当全球变暖达到2.0 ℃时，干旱区变暖程度可能比湿润区高44%。需要指出的是，CMIP5对全球干旱区的增温模拟结果远低于观测数据集的结果，因此，未来干旱区的变暖可能会超过CMIP5的预估［2］。此外，干旱区未来降水的形式与时空分布都会发生较大改变，导致水资源系统更为脆弱，从而直接影响水资源的利用，并引发更多极端气候水文事件（如干旱和洪水）的发生，加剧干旱区水资源短缺的风险［14-17］。

山区的冰川、积雪是干旱区内陆河流域径流形成、补给的重要组分部分［18］。在过去的几十年，受人类活动的影响，干旱区的冰冻圈组分发生了深刻的改变，具体表现为冰川面积和体积的缩小、冰川的物质平衡持续损失［19-20］；积雪面积和雪深减少、雪水当量变小、积雪消融时间提前、积雪期缩短和降雪率降低［21-25］；冻土活动层变厚、多年冻土减薄和地下冰储量减少［26］。政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈报道》对全球主要山区的冰川物质平衡进行了评估。报告指出，2006—2015年全球山地冰川物质平衡达到（-490±100）kg/（m2·a），比1986—2005年增加了约30%。干旱区的积雪也表现为减少趋势，其中，美国西部干旱区的积雪水储量在1980—2000年减少了10%~20%，未来的30年这一损失可高达60%［27］。高亚洲地区雪水当量在1987—2009年也损失了约0.3%（2 647×103 km2），尤其是在储存了大量积雪融水的中海拔地区［24］。不仅如此，850个积雪台站的观测显示，2001—2020年北半球积雪物候的显著变化主要是积雪结束时间提前和无雪期增加［28］。干旱区的河流大多发源于山区，主要有高山区的冰（川）雪融水、中山带的森林降水和低山带的基岩裂隙水等，多元构成，组分复杂，在山区汇流作用下共同构成了干旱区地表水资源［29］。在全球气候变暖背景下，干旱区内部冰、雪等要素的改变，将会使干旱区中以降水和冰雪融水补给为基础的水资源系统更为脆弱，水资源的波动性和不确定性进一步加剧［30］。

3.2　干旱区水文要素与水资源变化

干旱区水系统脆弱，水资源可再生性低，在气候变化和人类活动的共同影响下，山区降水形式、冰川积雪的积累/消融过程等变化导致干旱区水文、水资源异变，进一步降低了水循环系统的稳定性，突出表现为径流的年内分配改变、水资源组分变化以及水文波动性增强［31］（图4）。在径流年内分配方面，以积雪融水为主要补给源的河流，表现为最大径流峰值前移，夏季径流减少明显［32］。以冰川和积雪融水补给为主的河流，气候变暖加剧了山区冰川、积雪消融和萎缩，一方面表现为6～9月汛期径流量明显增大，冰川融水径流增加，汛期洪水增多［33］。同时，随着冰川退缩、冰川调节功能的下降以及降水变率的增大［30，34］，河流水文过程会因极端气候水文事件频度和强度的增大而变得更为复杂［35-36］。如中国西北干旱区极端水文事件的发生频率由20世纪80年代以前的40次/10a，增加到80年代后期以来的78次/10a［37］；再如我国最大的内陆河——塔里木河，2009年和2010年上游的来水量分别为14.02×108和72×108 m3，是塔里木河流域有水文记录以来径流量最少和最多年份，二者数值相差5倍多［18］。

图4

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图4   气候变化下干旱区各要素变化

Fig. 4   Changes of various elements in arid areas under climate change


同时，干旱区地表水体变化清晰地记录着气候与环境变化的信息。全球气候变化在加剧干旱区水文波动和地表水资源不确定性的同时，还使得永久性地表水体面积萎缩。最新研究结果显示，1984—2016年，美国西南和西北部干旱地区的永久性地表水体面积呈下降趋势［38］，最高萎缩速率可达117 km2/a；中国西北干旱区永久性地表水体面积总量在减少，这一变化对区域内各省份社会经济发展和区域生态稳定提出了更高的挑战。然而，新疆是中国西北干旱区内唯一一个永久性地表水体面积呈增加变化的省份，这主要得益于温度升高导致的冰川融水径流增加和人工生态输水［39］；中亚干旱区的永久性地表水体面积呈大幅减少趋势［40］，1990—2019年，中亚永久性地表水体面积缩减了约28 980 km2，其中，乌兹别克斯坦的缩减速率最大，约为412 km2/a。气候变化改变了区域地表水面积，极大地降低了水文生态系统的稳定性，而人口激增、耕地面积的无序扩张导致干旱区水资源需求不断增加，进一步加剧了干旱区水资源危机。

3.3　干旱区生态退化与荒漠化

荒漠化是孕育于干旱、半干旱、部分半湿润区域内的土地退化过程，由于波及范围广、影响程度大，一直是世界广泛关注和研究的热点问题［41］。在过去几十年里，荒漠化的范围和强度均有所增加。据联合国资料显示，全世界有相当于地球陆地面积1/3以上的土地和1/5的人口受到荒漠化威胁，荒漠化的发展速度约为6×104 km2/a，尤以干旱区表现严重（图4）。在过去半个多世纪中，荒漠化范围不断扩大，占干旱区面积的9.2%（±0.5%）。受荒漠化影响较大的区域主要集中在南亚、东亚、北非、中东及中亚。尽管干旱区受荒漠化影响的面积不足10%，但该区域却容纳了干旱区人口的20%［42］。全球变暖引发的地表温度、蒸散量和降水等要素变化加剧了干旱区荒漠化［43］，而人类过度开采地下水，以及不可持续的土地利用、耕地的扩张、贫困等加剧了荒漠化过程［44］。荒漠化通过改变植被覆盖、沙尘气溶胶和温室气体通量等要素对气候变化产生反馈。1948—2012年，由于荒漠化影响，干旱控制CO2交换的区域范围增加了6%，如果仍以同样的速度扩张，2050年将至少再增加8%［45］；荒漠化还将导致反照率增加、地表能量和温度降低，从而对气候变化产生负面反馈；在此背景下，大量植被死亡、地表干涸，可能加剧干旱区热浪事件和沙尘暴等生态灾难发生的频度和强度［46-48］。

全球干旱区的植被净初级生产力约占全球植被净初级生产力总量的40%［49］，是全球陆地生态系统中的重要组成部分。然而，干旱区植被稀疏、物种多样性简单，以旱生草类和灌木为主，群落结构与功能简单，通常植物根部的生物量较大，干旱群落中生物量的50%以上在植物根系中，水分不足是限制干旱区植物生长的主要因素［50］。伴随着全球变暖和干旱、热浪等频度和强度的加大，干旱区生态隐忧加大。研究结果显示，1982—1998年全球82%的地区的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）表现为上升趋势，其中，28.50%的地区呈明显上升趋势。1999年后，许多地区的NDVI由上升趋势逆转为下降趋势，其中，21.50%的地区呈明显下降趋势。59%的植被区呈现褐化［51］。最近的一项研究结果显示，在北半球的所有纬度区（尤其是中低纬度区）和所有土地覆盖类型中，褐化趋势都在增加，由绿化到褐化的逆转面积已经远远超过了褐化到绿化逆转的面积［52］。北美洲西南部、中亚、中西伯利亚、刚果盆地和巴西东北部的区域研究也支持这一发现［53-54］。有趣的是，与NDVI的下降相一致，近几十年来，北半球植被生长季节开始和结束的变化率也呈现出放缓的趋势［55］。

植被作为重要的碳汇，在抵消人为碳排放方面发挥着重要作用［56］。植被的褐化过程将会使得植被碳汇能力降低，削弱生态系统的健康，强化碳与气候系统的正反馈［57］。同时，干旱的增加将导致更多的植物死亡、更严重的热浪和更频繁的火灾，致使植物功能类型发生变化［58］。在全球变暖和人类活动的共同影响下，近些年草场灌丛化现象加剧，在一些草地生态系统中，草本植被正在被灌木植被取代。灌木的侵占导致草地生产力下降和生态系统功能整体受损。不仅如此，灌木对原生草原的侵占还改变了物种的相互作用，这反过来又促使生物多样性丧失，进而影响生态系统功能的各个方面［59］。

4 展 望

干旱区约占地球陆地面积的41%，养育了世界上超过38%的人口，是全球生物多样性保护的热点地区，对全球气候变化响应十分敏感。在过去的半个多世纪里，干旱区整体呈现“暖、干”化趋势。具体表现为：干旱区面积扩大，增加了约2.61×106 km2，地表水体面积缩小，草场出现灌丛化现象，干旱程度增强，荒漠化加剧，热浪、沙尘暴的风险性加大；干旱区的冰川和积雪呈现萎缩趋势，冰川面积缩小、雪水当量减小、降雪率降低和积雪消融提前等，导致径流的年内分配和水资源组分改变，水风险加大；干旱区水系统脆弱，水循环稳定性低下，极端气候水文事件频度和强度的增加，加剧了这一地区的水文波动和干旱风险。全球干旱区面积在继续扩大。到21世纪末，将占据陆地总面积的一半以上。新增干旱区面积的78%主要位于发展中国家。这些地区目前受到水资源短缺、荒漠化和贫困的多重困扰，资源环境绩效低下，加之不断增加的人口压力使得这些地区的社会经济发展和生态安全保障面临更为严峻的风险和挑战。在全球变暖背景下，荒漠化和贫困仍将是未来干旱区面临的核心问题。

未来对全球变化的研究将更加系统和全面，并将解决可持续发展问题。在此背景下，干旱区研究未来发展重点方向可以概括为4个方面：①在不同时空尺度上加深对干旱区组成要素变化机制的理解，以便更准确地预测干旱区组成要素的潜在变化，并为理解干旱区自然变化的影响提供可靠的基础；②深入了解气候变暖对干旱区水循环和水资源的影响，为水资源合理配置以及提高水资源利用效率奠定坚实的理论基础；③量化地表过程对干旱区的整合效应，提高我们预测灾害的能力，这将是干旱区科学今后研究的重点；④探讨适应风险的潜在方法，人类社会如何适应干旱区自然变化带来的不利因素是干旱区科学研究的重要内容之一，因此我们需要识别干旱区不同要素的不同影响，构建风险评估体系和方法，探索应对这些风险的方法，为干旱区经济社会可持续发展提供科学基础和技术支撑。

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