中科院之聲：我國西北變“暖濕”了沒？
中國西北在變暖變濕嗎？中科院也回應了。
9月29日，中國科學院官方微信號“中科院之聲”就此前熱傳的“中國西北變暖變濕”發表了文章，指出天氣是短期的，而氣候是長期的，某一兩次的天氣過程並不意味着長期趨勢的扭轉，需要多考察幾年。
文章承認，西北部分地區出現了短期降水過程，也有植被的改善，但乾濕狀況不僅要看降水，還要看蒸發。西北大部分區域降水量遠低於潛在蒸發量，而且在全球變暖的影響下，西北區域温度的增幅遠超全球平均，由此帶來的潛在蒸發量增加巨大，遠超降水增幅，會導致這些區域乾旱化更為嚴重。
而植被能夠恢復，部分是因為雪線衰退導致融水增加，還有部分是因為國家的治理工程改善了生態，這些應該繼續堅持，但對西北的乾濕狀況不可盲目樂觀。
1. 一個令人振奮的“好消息”？
我國西北地區大多處於非季風區，降雨較少，氣候乾旱，自古以來有不少詩歌描寫了邊塞雄偉壯闊又荒涼寂寞的景象。然而最近，西北地區變濕變暖成了個熱點話題：朋友圈裏流傳的一張聊天截圖讓人熱血沸騰，“氣候臨界點在今年出現了……”、“新疆的植被，以一年一百五十公里的速度在狂奔”、“降水過了秦嶺了，如果能保持10年，黃河就會變清了……”。
一些媒體也給出了大標題“真正的大事：寒冷乾旱的中國西北正在變暖變濕”。
在筆者看來，這一波傳播裏有不少不嚴謹、似是而非的用語，需要認真討論。其中公眾和媒體對於科學語言的陌生和解讀，可能是引起誤解的真正原因。儘管不少科學論文裏有提到西北“暖濕化”，但“暖濕化”的核心是“化”，代表了在某一個時間段的趨勢，向“暖濕”轉化只表示向“暖濕”有了發展，至於什麼時候可以達到“暖濕”，文獻裏並未明確説明。
事實上氣候的兩個極端狀態，A乾旱和B濕潤，兩個狀態之間有着萬里之遙，從A向B的方向邁出幾步，並不表明一定可以到達B點，一方面距離尚遠，另一方面變化可能會有反覆。最重要的是，全球變暖的大背景可能讓A和B之間的距離變得更遙遠。
2. 西北變“暖濕”是個老話題
本以為是出現了新的研究，仔細一看原來説的是個老話題，西北氣候由”冷幹”向“暖濕”轉型的研究在2002、2003年時已經由當時中科院寒旱所施雅風院士和沈永平研究員等提出過，體現在：1）西北部分地區降水增加；2）冰川融水徑流增加（例如新疆烏魯木齊河1號）；3）部分湖面上升面積增大（例如博斯騰湖）；4）部分河流洪水增加；5）沙塵暴減少；6）部分區域植被地貌變綠。
至於媒體裏提到的植被地貌變綠等，在施雅風先生2002年《資源環境》的文章裏也已經提到**“****氣候轉型降水量增多地區，已顯現出植被繁茂生長的景象，我們在旅行中可以看到這些地區初級生產力草地一片葱綠”**，施雅風也注意到衞星資料的NDVI數據顯示“90年代西北在植被覆蓋普遍減小，土地沙化和荒漠化嚴重，但是在天山西部、伊犁河流域、新疆北部、青海南部等地區有植被覆蓋明顯增加的趨勢”。
圖1.“西出陽關無故人”，陽關以外的戈壁地貌。
在給出降水增多、部分地區植被改善、湖泊上升等變化之後，施雅風院士筆鋒一轉提出了問題：“西北部降水量增長趨勢明顯，但在與蒸發增長平衡後，西北氣候是否已確實出現由冷幹向暖濕轉變跡象，仍需具體深入探討。”因此關於部分地區降水增多是否意味着西北正由“冷幹”向“暖濕”轉換，尚未有明確結論。
另外，施雅風院士也在文章裏給出了評論：“西北深處亞洲大陸內部遠離海洋水汽源的地理位置和經長期演變所形成的沙漠和戈壁廣佈的極端乾旱下墊面，嚴格限制了為空中補充本地水汽，從而將降低降水增加率，再加上較長時間過度的地下水開發、植被破壞、土壤水分減少所導致的生態環境惡化，也增加了氣候轉型的困難程度，故西北氣候轉型有其侷限性，不宜過分誇大其作用。”
儘管還沒有明確的結論，但是西北變“暖濕”的想法還是讓很多人異常興奮，並給中央寫建議，認為應該趁着西北氣候好轉，進一步加快開發的步伐和力度。
後來中央把此建議交予中國科學院，中國科學院就此徵詢葉篤正院士的意見，葉先生和其他科學家共同參與了討論，並對這個地區的數據進行了分析，最後的結論是：**儘管近20年這個地區降水增加趨勢明顯，但其增加絕對值並不大，並不能説明這個地區的水資源承載能力發****生質的變化。**這個認識後來基本就成了業內共識。
3. 地區的乾濕狀況如何判斷？
一個地方的乾濕狀況取決於多個因子，最主要的參數是降水量和蒸發量，簡單來説，如果降水量超過潛在蒸發量，則這個地方氣候濕潤，反之該地氣候特徵為乾旱。因此衡量一個地區的乾濕變化，並不簡單基於降水，而是要綜合考慮降水和蒸發的共同作用，考核乾旱指數的變化情況。常用的乾旱指數包括標準化降水指數(SPI)、標準化降水蒸散發指數(SPEI)、自適應帕默爾指數(scPDSI)、DSI等。
圖2. 敦煌氣象局大型蒸發器（E-601B型蒸發器），乾旱的敦煌年潛在蒸髮量約為2500毫米。
西北地區（以新疆、甘肅西部、內蒙古西部為主體）是全球最乾旱的區域之一，距離四大洋都非常遙遠：南邊與印度洋隔着西藏高原，東邊與太平洋隔着黃土高原、蒙古高原和河西走廊，西邊與大西洋隔着歐洲大陸、烏拉爾山和帕米爾高原，北邊與北冰洋隔着阿爾泰山脈和天山山脈。這些地方降水稀少，絕大多數地區年降水不足100毫米，部分地區年降水甚至不足50毫米。
**然而這一區域是我國日照和太陽輻射最強的區域，蒸發量非常大，潛在蒸發量可以超過2000毫米。**這意味着即使有長江流域的年降水量（1000-1200毫米），也不足以應對這裏強大的蒸發量，因此乾旱和水資源緊缺是西北地區的最重要特徵。
圖3. 用潛在蒸發量與降水量之差表示的乾濕指數（單位：mm），如果某地蒸發量大於降水量，則氣候特徵為乾旱，反之，如果蒸發量小於降水量，則這個地方氣候濕潤。西北地區蒸發量遠大於降水量，是極端乾旱的區域。所謂“春風不度玉門關”，西北的水汽來源主要來自於西風帶。
由於降水與潛在蒸發差了一個數量級，因此西北變“濕”基本上是個偽命題，**只要降水量還遠遠小於潛在蒸發量，任何降水的增加只是意味着極端乾旱狀況的些許緩解，並不能説明西北變得“暖濕”起來。**做一個簡單的估計，西北地區乾濕狀況要發生質的變化，年降水量需要達到至少500mm以上，目前沒有任何一個研究可以支持這樣大幅度的變化。
有一點值得注意，在考察干旱/濕潤化變化中，各個乾旱指數特徵有所差別，其核心是如何考察温度、太陽輻射、風速和水文變化等導致的蒸發的變化，有些乾旱指數不考慮温度變化，有些乾旱指數不考慮水文過程，有些參數依賴於陸面模式的模擬性能，在計算潛在蒸發時，也有不同的計算方案，這些都會影響對於乾濕趨勢變化的判斷。
4. 西北地區乾濕變化情況怎麼樣？
如果僅僅考察降水變化，在上世紀80年代中期之後，西北絕大多數地區降水確實有所增加，Wei and Wang (2013)分析西北47個氣象觀測站年平均降水量，結果表明，在1960-1986之間的平均年降水量為110mm，而1987-2009之間增加到134mm，增幅達到20%，降水確實有所增加。
在此期間，西北的温度也隨之增加，温度增幅不僅比全球平均高，而且也高於中國東部區域，1960-76的平均温度約為7.33度，而1997-2009平均温度達到8.69度，增加了1.36度，尤其是2000年之後的增速達到每十年約0.6度，增幅遠超全球平均數值的每十年約0.177度。
增温帶來潛在蒸發的變化，這47個站的平均潛在蒸發在90年代中期以前約為675mm，而在90年代中後期之後增加到720mm以上，增加約45mm，增幅遠超過了降水的增幅(24mm)。
圖4. 1960-2013年期間西北47個測站年平均降水量變化序列，80年代中期之後降水比之前有大幅增加，圖片來自於Wei and Wang (2013)。
圖5. 1960-2013年期間西北47個測站年平均温度變化序列，增温趨勢明顯,圖片來自於Wei and Wang (2013)。
圖6. 1960-2013年期間西北47個測站年平均潛在蒸發的變化序列，90年代中期有突變增加, 圖片來自於Wei and Wang (2013)。
綜合考慮降水和蒸發之後，可以計算反應乾濕變化的乾旱指數，圖7是把90年代末前後的兩個氣候態乾旱指數（SPEI）做差，從而確定這段時間的乾濕變化情況。紅色表示乾旱化持續發展，乾旱指數的分析並不支持西北向更濕發展。
圖7. 1997年前後乾旱指數SPEI的變化，紅色圓點表示乾旱化持續發展，圖片來自於Wei and Wang (2013)
氣象學家馬柱國研究員採用其他兩種乾旱指數（scPDSI和SWI）分析了我國北方乾旱化的變化情況，結果均顯示西北地區在2000年以後有變乾的特徵。
最近氣象學家黃建平教授團隊在《大氣科學進展》發表文章綜述了中國半乾旱區的變化，指出：1994年至2008年間，中國的半乾旱地區比1948年至1962年間增長了33%，這主要是由半濕潤、濕潤區轉幹而來。
值得注意的是，關於西北區域乾濕趨勢變化的研究不少，各個研究之間結論差別還不小，甚至完全相反，其中的差異主要集中於三個問題，這些都是研究中的“坑”：
1）趨勢的分析需要注意計算趨勢的時間段，目前在對西北乾濕變化的研究中，如果數據起始點在上世紀六十年代及以前，則大多得到“暖濕化”的趨勢，而如果主要討論過去30年的變化，則主要得到“乾旱化”的趨勢，趨勢分析一定要與研究的時間段對應起來，不然不具有可比性。
2）乾旱指數的不一致，各個研究之間的不一致，還有很大一部分來自於所參考的乾旱化指數，其中的核心為是否考慮到了温度增加引起的蒸發變化，由於各個指數基於不同的參數，有各自適用的區域和氣候特點，是否適用於西北乾旱區，其實是個很值得深入討論的科學問題。
3）西北區域站點稀疏，部分數據缺乏其他數據的印證和檢驗，數據的代表性和可用性也值得深入討論，這也會影響最終的結論。
5. 植被變化≠氣候狀態變化
西北地區植被覆蓋的變化有多個影響因子，例如，我國實施退耕還林還草已經有20年，對自然生態系統的人為保護作用是很多地方變綠的主要原因。另外，新疆塔里木河綜合治理工程，投資超過100多億，對於塔里木河的河流健康和生態安全起到了重要作用，部分植被的恢復來源於治理工程的效果。全球變暖帶來冰雪消融加劇，部分水資源的增加，並不是來自於降水和環境的改善，而是冰凍圈衰退的結果。
沙漠和戈壁並非不毛之地，只要有降水，就會有綠色和生機，除了考察短期的綠色之外，還要考察植物存活的時間與持續性，考察整個季節的變化，以及較長時間的變化。
筆者專門諮詢了研究北方乾旱化的一位業內“大牛”，“大牛”講述了一些考察的經歷：
2012年參加中科院天山南北水資源考察，那個地區以前打的井有一半以上抽不上水，説明降水的增加並沒有使這裏的水資源格局發生質的變化。在河套地區的幾次考察中，當地的水利部門在座談會上強調，河套地區的缺水狀況還是比較嚴峻。
因此，短期的植被變化並不代表着西北地區氣候改善。事實上西北地區降水日數並未顯著增多，降水量增多很大程度是因為單場降水變得更強。在氣候變暖背景下，出現極端降水的概率加大。極端降水對一個地區長期的氣候並不會產生正面的影響，反而會造成一些氣候災害。
圖8. 2019年7月，兩場雨之後，敦煌的沙漠里長出沙蓬的幼苗。
西北地區近幾年確實不少地區出現降水增強，以敦煌為例，敦煌年平均降水量為39.8毫米、夏季降水量22.5毫米、7月降水量10.7毫米，在2019年7月6日和7月16日下了兩場暴雨，敦煌市的降雨量分別達到19.1mm和22.6mm,兩場降水總量即超過敦煌市年平均降水量。在降水之後，敦煌戈壁灘裏泛起了白白的鹽花，並且生出無數的小草，確實是讓人可喜的變化。然而天氣和氣候有着本質的差別，天氣指的是短期的過程，而氣候是較長時間的平均，因此某一年的天氣過程並不意味着長期趨勢的扭轉，需要多考察幾年。
6. 未來的變化
儘管氣候模式預測未來西北降水量會有所增加，但是模式間的一致性較差，説明目前氣候模式對這一區域的預估還存在不確定性，多模式合成的降水增幅不超過30%,遠不足以產生乾濕狀況的質變。
圖9.多模式比較計劃給出的在高排放情形下（RCP8.5）全球降水的增幅，西北區域並不是全球降水變化顯著的區域，模式間的一致性較差，説明目前氣候模式對這一區域的預估還存在不確定性，多模式合成的降水增幅不超過30%,並不能從根本上改變這一區域極端乾旱的氣候狀態。圖片來自於IPCC AR5（2013）
7. 總結與思考
儘管西北部分地區出現了短期降水過程和植被改善，但是一個區域的乾濕狀況取決於降水與蒸發的共同作用。西北大部分區域降水量遠低於潛在蒸發量，部分區域甚至相差一個數量級，目前的降水增加並不能從質上改變這一區域乾旱的狀況，西北變“濕”基本上是一個偽命題。
在全球變暖的影響下，西北區域温度的增幅遠超全球平均和東部區域，由此帶來的潛在蒸發量增加巨大，在大部分區域遠超降水增幅，導致這些區域乾旱化更為嚴重。
天氣與氣候有着本質的差別，天氣指的是短期的過程，而氣候是較長時間的平均，因此某一兩次的天氣過程並不意味着長期趨勢的扭轉，需要多考察幾年。
我國北方大部分區域進行退耕還林還草堅持20年，生態得到顯著的改善，應繼續堅持。西北區域屬於我國極端乾旱區域，隨着經濟發展，水資源和生態壓力將持續存在，不可盲目樂觀。
發展節水技術、合理利用水資源、保護生態將是西北地區可持續發展的基本保障。
（來源：中國科學院大氣物理研究所 魏科）