未来气候变化下东非大气干旱加剧的机制与生态影响研究

本研究针对东非地区日益严峻的干旱问题，通过整合ERA5、CRU TS、MERRA2再分析数据及ISIMIP的5个GCMs模型，系统分析了1981-2100年水汽压差（VPD）的时空变化规律。研究发现：历史时期VPD以0.04 hPa·年?1 速率增长，未来在SSP585情景下将加速至0.06 hPa·年?1 ，夏季增幅最显著；温度贡献（148%-162%）远超相对湿度（-99%至-117%）和气压（51%-55%）变化。该成果为东非水资源管理和农业适应策略提供了关键科学依据。

　　

东非地区正面临日益严重的干旱威胁，这片以农业为经济支柱的区域，其360万平方公里土地上的生态系统和粮食安全正遭受气候变化的严峻挑战。水汽压差（Vapor Pressure Deficit, VPD）作为表征大气干旱程度的关键指标，直接影响着植被的水分利用效率和碳循环过程。然而，该地区气象观测数据稀疏且存在不确定性，加之缺乏对未来VPD季节性变化的系统预测，使得区域气候适应策略的制定面临巨大挑战。

中国科学院的研究团队通过多源数据融合与模型模拟，首次全面揭示了东非地区VPD的演变规律。研究整合了ERA5、MERRA2和CRU TS三种最新再分析数据集的历史数据，并利用ISIMIP3b项目中GFDL-ESM4等5个全球气候模型（GCMs），在SSP126、SSP370和SSP585三种排放情景下，对2023-2100年的VPD变化进行预测。通过构建集合平均模型，量化了温度、相对湿度和气压对VPD变化的贡献率，论文成果发表在《Journal of Arid Environments》。

关键技术方法包括：1）基于CRU TS、ERA5和MERRA2的VPD集合计算；2）使用ISIMIP3b的5个GCMs模型进行多情景模拟；3）采用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall检验评估变化显著性；4）通过贡献分解法解析气候变量对VPD的影响权重。

研究结果

1. 历史VPD变化特征：1981-2022年东非年均VPD增速达0.04 hPa·年^?1
   ，干旱区增幅最显著。苏丹、乌干达和索马里形成高值中心，夏季VPD较其他季节高15%-20%。

2. 未来变化预测：SSP585情景下，2100年前年均VPD增速将提升至0.06 hPa·年^?1
   ，夏季增幅达季节性峰值的1.3倍。温度上升导致饱和水汽压（SVP）增幅超过实际水汽压（AVP）是主要驱动因素。

3. 影响因素贡献：温度变化对VPD增加的贡献率高达148%-162%，相对湿度下降产生负贡献（-99%至-117%），气压变化贡献51%-55%。这种差异源于Clausius-Clapeyron关系下温度对SVP的指数级影响。

结论与意义
该研究证实东非正在经历显著的大气干旱加剧过程，且这一趋势将随CO₂
排放强度而恶化。夏季VPD的剧烈变化将直接影响作物生长季的水分供给，威胁区域粮食安全。温度主导的VPD上升机制表明，即使保持当前减排承诺，东非仍将面临不可逆的生态压力。成果为制定差异化的季节适应性农业措施提供了量化依据，特别是对苏丹等热点干旱区的早期预警系统建设具有指导价值。研究建立的多元数据融合方法，为观测资料匮乏地区的陆气相互作用研究提供了新范式。