气候变化下全球复合农业干旱与高温事件的预估增长及其影响

本研究针对气候变化背景下复合农业干旱与高温事件(CADHEs)加剧的严峻挑战，通过构建基于copula函数的多变量概率评估框架，首次整合了事件持续时间(D)、强度(I)和严重程度(S)三维特征。研究利用CMIP6多模型数据，对比SSP1-2.6和SSP5-8.5两种情景，发现北非、中东和南亚将成为CADHEs热点区域，其中SSP5-8.5情景下长期风险尤为突出。该成果为全球农业灾害风险防控提供了量化依据，发表于《Global and Planetary Change》。

　　

随着全球变暖持续加剧，复合极端气候事件正对农业生产构成前所未有的威胁。其中，复合农业干旱与高温事件（Compound Agricultural Drought and Hot Events, CADHEs）——即土壤水分亏缺与高温异常同时发生的现象，近年来频次和强度显著上升。从2003年欧洲热浪导致7万人死亡，到2019年澳大利亚"超级山火"烧毁3000多栋房屋，这些触目惊心的案例揭示：当干旱与高温"双剑合璧"时，其破坏力往往呈现1+1>2的放大效应。然而现有研究多聚焦气象干旱（降水短缺）与高温的组合，忽视了土壤水分这一关键介质——它通过调控地表能量平衡，既能加剧高温异常，又能延长干旱持续时间，形成恶性循环。更严峻的是，当前对CADHEs的评估多局限于单一维度，难以全面捕捉其多维特征间的复杂关联。

针对这些科学盲区，由江苏高校联合欧洲团队开展的研究，创新性地构建了三维概率评估体系。研究人员首先从CMIP6（第六次国际耦合模式比较计划）9个全球气候模型中获取1975-2100年的土壤水分和温度数据，通过偏差校正提升数据可靠性。基于标准化土壤水分指数（SSI）和标准化温度指数（STI），采用copula函数（一种能灵活描述多变量依赖关系的数学工具）联合建模，定量评估了SSP1-2.6（可持续发展路径）和SSP5-8.5（高排放路径）两种情景下CADHEs的演变趋势。

关键方法突破
研究团队开发了融合SSI-STI的月度复合指标，通过游程理论识别CADHEs事件。采用边缘分布函数量化2年、10年、20年和50年重现期阈值，利用Gumbel-Hougaard copula建立三维联合概率模型。通过泰勒图（Taylor diagram）验证了CMIP6模型经偏差校正后的模拟性能，其空间相关系数（R）提升至0.9以上。

多维风险图谱
在"评估校正后GCMs性能"部分，数据显示经分位数映射法校正后，土壤湿度模拟的标准差（SD）与观测值偏差从0.5降至0.2。随后的"全球CADHEs时空演变"分析揭示：相较于基准期（1975-2014），SSP5-8.5情景下21世纪末期CADHEs发生概率将增长3倍，其中北非地区50年一遇事件的强度增幅达180%。特别值得注意的是"热点区域识别"部分，通过三维联合概率分析发现：南亚次大陆同时面临持续时间延长（+15天/世纪）、强度增加（+1.2°C/世纪）和严重程度上升（+30%/世纪）的三重威胁。

机制与启示
研究指出土壤水分-温度正反馈机制是CADHEs加剧的核心驱动力——干旱使土壤反照率升高，限制蒸散发（ET）导致更多热量以感热形式释放，进而形成"越干越热、越热越干"的闭环。在"结论"部分强调，SSP1-2.6情景可使全球高风险区面积减少40%，这为气候政策制定提供了量化依据。该成果的创新性在于突破传统单变量分析局限，首次实现CADHEs多维度特征的协同评估，其构建的copula框架可扩展应用于其他复合事件研究。

这项发表于《Global and Planetary Change》的研究，不仅为理解"土壤-气候"耦合作用提供了新视角，更通过精确的风险区划，指导农业保险精算和抗旱品种布局。正如作者Wuzhi Shi和Ke Zhang在"讨论"部分指出：当考虑多维特征联合作用时，传统风险评估可能低估实际威胁达50%——这一发现对重新审视全球粮食安全战略具有警示意义。随着COP28将农业韧性纳入气候议程，该研究建立的评估范式，或将成为连接气候变化科学与政策实践的重要桥梁。