东南亚两次前所未有的干旱事件：自然成因与未来潜在风险

《Earth's Future》：A Tale of Two Unprecedented Droughts in Southeast Asia: Physical Drivers and Impending Future Risks

本研究通过 moisture budget 分析和 HYSPLIT 模型追踪，揭示了2014年东南亚干旱主要由大气动力过程（垂直运动异常）驱动，未来在SSP126和SSP585情景下，干旱发生概率分别增加25%和43%，动态因素占主导。

　　在东南亚地区，干旱现象一直是气候系统中备受关注的议题，特别是在气候变暖的背景下，干旱的频率和强度都有可能进一步加剧。传统的观点认为，东南亚的干旱往往与自然气候变率如厄尔尼诺现象密切相关，但2014年的极端干旱事件却似乎与厄尔尼诺无关，这一发现提示我们，除了自然气候变率之外，还有其他动态强迫因素在起作用。本文通过综合运用水分预算分析、水分追踪以及物理引导的联合概率模型，探讨了2014年东南亚极端干旱事件的形成机制，并评估了未来在气候变暖条件下干旱风险的变化趋势。研究发现，2014年的干旱主要源于中层大气的反气旋驱动的下沉气流，这种下沉气流导致了显著的降水减少，而这种降水减少又被西太平洋海洋水分流入的减少进一步加剧。将动态和热力学驱动因素纳入到我们的双变量概率分析中，我们发现，在中世纪（2030-2064年）的稳定路径和常规路径下，出现2014年类型干旱的可能性分别增加了25%和43%。这些干旱风险的增加主要归因于气候变暖所引发的动态过程的变化，尤其是中层大气垂直运动的减弱，而热力学过程和两者之间的依赖关系在其中的作用相对较小。然而，模型之间在归因这些因素相对重要性方面存在显著的不一致性，这凸显了当前气候模型在进行可靠干旱风险评估时面临的挑战。

东南亚地区的人口密度极高，仅占全球土地面积的3%，却承载了近9%的世界人口，其作为全球主要农业出口地区之一，面临着干旱带来的重大挑战。在这一地区，干旱不仅会影响农业生产，还可能引发一系列连锁反应，包括生态系统退化、野火风险上升、农业损失加剧以及健康问题频发。例如，该地区长期的干旱季节常导致大面积的泥炭地火灾，这些火灾会释放大量的二氧化碳，进而加剧空气污染和相关健康问题。因此，深入理解干旱的形成机制对于更好地预测干旱的起始和恢复至关重要，从而为未来的风险评估和缓解措施提供可靠依据。

2014年的干旱发生在东南亚的西南部马来群岛（SWMA），尤其是马来西亚和新加坡。这场干旱是新加坡自1929年以来最长的干旱，持续了62天，从2014年1月13日到3月15日，其中2月是自1869年以来最干旱的月份。尽管详细的经济影响数据尚未充分披露，但过去三十年的干旱已影响了超过6600万东南亚居民，这强调了增强地区抗旱能力的迫切需求。然而，2014年干旱的形成机制仍未完全明确，这使得对干旱风险的准确评估成为一个持续的难题。

干旱通常由动态和热力学过程共同作用引起，其中动态过程主要涉及海洋和大气环流的变化，而热力学过程则与局部的热量和水分交换有关。这些过程相互作用，可能进一步加剧干旱的严重性和持续时间。然而，传统的研究往往将干旱归因于单一的自然气候变率，如厄尔尼诺现象，这在2014年干旱事件中显得不足。本文采用了一种综合的方法，通过水分预算分析、水分追踪和物理引导的双变量Copula模型，探索了动态和热力学因素在干旱形成中的复杂互动。这种方法不仅有助于揭示干旱的成因，还能够更准确地评估未来干旱的风险。

为了评估干旱风险的变化，本文采用了两种共享社会经济路径（SSPs）：一种是稳定且乐观的路径（SSP126），另一种是常规路径（SSP585）。通过Copula模型，我们能够更好地刻画这些过程之间的依赖关系，并计算出联合的返回周期。结果显示，2014年干旱的返回周期在历史条件下为95年，而在未来气候情景下，这一周期可能会缩短，表明干旱事件将变得更加频繁。通过分析不同模型的输出，我们发现动态过程在干旱风险的增加中起到了主导作用，而热力学过程和两者之间的依赖关系则影响较小。这一发现对于未来干旱的预测和应对策略具有重要意义。

此外，本文还探讨了动态和热力学过程如何共同影响未来干旱的风险。研究指出，在SSP126和SSP585两种未来情景下，极端干旱事件的返回周期将分别增加25%和43%。这一结果表明，随着全球变暖的加剧，干旱的频率和强度都有可能显著上升。然而，模型之间的不一致性也提醒我们，当前的气候模型在捕捉这些复杂过程方面仍然存在局限，需要进一步的改进和验证。

本文的研究方法包括数据收集、水分预算分析、水分追踪模型的应用以及物理引导的双变量Copula模型的构建。我们使用了欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析数据集（ERA5），其空间分辨率为0.25度，涵盖了包括海表温度（SST）、地表气压（PSFC）、降水（P）、蒸发（E）、地势高度（HGT）、风速（u/v）、大气垂直运动（ω）以及相对湿度（RH）在内的多种气象变量。通过这些变量，我们分析了2014年干旱期间的水分预算变化，并追踪了影响该地区水分状况的气流来源。此外，我们还使用了全球数据同化系统（GDAS）数据集，以研究干旱期间的水分变化和气流模式。

为了更准确地评估干旱风险，本文采用了一种基于Copula的双变量概率模型。这种方法能够有效捕捉极端事件之间的尾部依赖关系，从而提供更可靠的干旱风险预测。通过这种方法，我们发现，2014年干旱的返回周期在历史条件下为95年，而在未来情景下，这一周期可能会显著缩短，表明极端干旱事件将变得更加频繁。这一发现对于制定有效的抗旱策略和减缓措施具有重要的指导意义。

在分析过程中，我们还发现，动态过程在干旱风险的增加中起到了关键作用。特别是在SSP585高排放情景下，干旱事件的频率和强度预计会有显著上升，这与全球变暖带来的大气环流变化密切相关。同时，热力学过程虽然在干旱形成中也有一定作用，但其对干旱风险的影响相对较小。此外，不同模型之间的不一致性也表明，目前的气候模型在准确模拟和预测干旱方面仍存在挑战，需要进一步的改进和验证。

本文的研究不仅揭示了2014年干旱的形成机制，还为未来干旱风险的评估提供了新的视角。通过综合考虑动态和热力学过程，我们能够更全面地理解干旱的成因和变化趋势，从而为政策制定者和相关机构提供科学依据。同时，研究也强调了在干旱风险评估中，需要考虑多种因素的相互作用，而不仅仅是单一的气候变率或环境变量。这有助于提高对未来干旱事件的预测能力，为制定有效的应对措施提供支持。

此外，本文还讨论了其他可能影响干旱的因素，如森林砍伐、遥相关模式以及赤道辐合带（ITCZ）的变化。这些因素可能在干旱的形成和演变过程中起到重要作用，因此，将它们纳入到干旱风险评估模型中，可以进一步提高模型的准确性和可靠性。未来的研究需要更加全面地考虑这些因素，以更精确地预测和评估干旱的风险。

综上所述，本文通过综合运用多种分析方法，揭示了2014年东南亚极端干旱的成因，并评估了未来干旱风险的变化趋势。研究结果表明，随着全球变暖的加剧，极端干旱事件的频率和强度预计会有显著上升，这主要归因于动态过程的变化，特别是中层大气垂直运动的减弱。尽管热力学过程在干旱形成中也扮演了一定角色，但其对干旱风险的影响相对较小。研究还指出，当前的气候模型在准确模拟和预测干旱方面存在一定的局限性，需要进一步的改进和验证。这些发现为未来干旱的预测和应对提供了重要的科学依据，有助于制定更加有效的减缓和适应策略。