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为探究灌溉对降雨模式的影响，研究人员利用两个全球高分辨率亚日降水数据集，发现灌溉区下风方向 10 - 50km 午后降雨更频繁，但强降雨总量更低。该研究为气候模型和区域水资源管理提供重要依据。
在全球人口不断增长的背景下，粮食需求持续攀升，灌溉成为保障粮食生产的关键手段。全球约 70% 的淡水抽取用于灌溉，约 20% 的全球耕地得到灌溉。然而，灌溉对区域气候，尤其是降雨模式的影响却充满谜团。以往研究虽在局部地区开展了相关探索，如美国中西部的 GRAINEX 和西班牙北部的 LIASE，但结果并不统一，气候模型的模拟结果也存在很大不确定性 。这使得人们难以准确把握灌溉对降雨的影响，进而影响到区域水资源管理和气候预测的准确性。因此，开展大规模、基于观测的研究迫在眉睫。
德国气候服务中心（GERICS）等机构的研究人员为解开这一谜团，开展了关于大规模灌溉对全球范围内灌溉土地及其周边午后降雨可能性影响的研究。研究成果发表在《Nature Communications》上，为深入理解灌溉与降雨之间的关系提供了关键线索。
研究人员在此次研究中主要运用了以下关键技术方法：首先，使用了两个全球高分辨率（0.1°）亚日降水数据集，即多源加权集合降水（MSWEP）3 小时降水数据和全球降水测量（GPM）的综合多卫星反演（IMERG）半小时降水数据集；其次，利用 ERA5 10 米风数据计算 2001 - 2020 年月度风向气候学，以此确定午后降雨事件相对于灌溉土地的位置；此外，通过设定一系列筛选标准，如降雨强度、地形、灌溉区域占比等，挑选出符合研究要求的午后降雨事件。
午后降雨与灌溉：全球信号
研究人员通过分析发现，午后降雨峰值更可能出现在灌溉网格单元的下风方向。以 IMERG 降雨数据为例，峰值出现在上风方向的可能性较小。与随机采样风向相比，实际风向数据显示，IMERG 中下风方向的信号虽小但明显。这表明灌溉对全球尺度午后降雨的可能性有着显著影响 。
午后降雨与灌溉：区域信号
研究中大部分降雨事件发生在南亚，但将样本分为南亚和其他地区后发现，两地都存在相似信号，说明全球信号并非主要受南亚灌溉 - 降雨相互作用机制的影响。在南亚以外地区，上风方向峰值午后降雨的可能性降低更为明显，MSWEP 数据还显示在约 20 - 30km 下风方向存在峰值。同时，研究还发现干旱条件下，灌溉网格单元下风方向午后降雨可能性增加、上风方向降低的信号最为显著；而在湿润条件下，信号不明显 。
灌溉对午后降雨总量的影响
通过分位数 - 分位数图（Q - Q plot）比较下风方向和非下风方向降雨事件的降雨量，研究人员发现，对于 MSWEP 和 IMERG 数据，非下风方向的强降雨事件（Q90 以上）降雨量更高。这表明在极端降雨事件中，灌溉区下风方向的总降雨量低于其他地区 。
探索灌溉 - 降雨相互作用的机制
研究结果表明，灌溉增加的蒸发使大气中额外的水汽更易影响下风方向的降雨，而非直接在灌溉区上空形成降雨。这可能是因为灌溉降低了地表气温，增加了对流抑制，稳定了灌溉区上空的大气。此外，灌溉还可能改变中尺度风模式，导致灌溉区上风方向水汽汇聚。但总体而言，灌溉引起的水汽平流增加了下风方向午后降雨的可能性 。
在讨论部分，研究人员指出，尽管研究采用了较为简单的方法，但仍检测到了灌溉对午后降雨的显著影响。不过，由于数据的局限性，如缺乏特定网格单元灌溉时间的信息、降雨事件选择存在假设等，研究结果存在一定的变异性和不确定性。未来需要更高分辨率和更详细的数据，如近地表风模式、大气湿度、边界层特征和地表信息等，来进一步深入研究这些过程。
这项研究具有重要意义，它提供了大规模灌溉如何影响午后降雨可能性和降雨量的观测证据，增进了人们对灌溉对区域降水动态和土地 - 大气相互作用的理解，为气候模型中灌溉方案的改进提供了基准信息，有助于提高灌溉区及其附近地区降雨和风暴预报以及气候预测的准确性，从而更好地辅助区域水资源管理和规划 。
