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气候变化加剧了水文气候极端事件的风险，对易受温度和降水变率影响的干旱和半干旱地区构成了重大挑战。本研究在不同的气候变化情景下预测了伊朗未来的气象干旱，重点关注两个关键目标：（1）评估第六次耦合模式相互比较计划（CMIP6）中NASA地球交换全球日降尺度预测（N
气候变化加剧了水文气候极端事件的风险，对易受温度和降水变率影响的干旱和半干旱地区构成了重大挑战。本研究在不同的气候变化情景下预测了伊朗未来的气象干旱，重点关注两个关键目标：（1）评估第六次耦合模式相互比较计划（CMIP6）中NASA地球交换全球日降尺度预测（NEX-GDDP）的性能，以及（2）使用标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI）量化未来的干旱状况。研究人员利用由25个经过偏差校正和降尺度的通用环流模型组成的多模式集合，在四种共享社会经济路径（SSP1–2.6, SSP2–4.5, SSP3–7.0, 和 SSP5–8.5）下，预测了伊朗2071–2100年的温度、降水和气象干旱发生的变化。本研究的新颖之处在于将针对伊朗的NEX-GDDP-CMIP6特定评估与多时间尺度SPI–SPEI比较，以及将预测的干旱变化定量归因于降水和潜在蒸散量（PET）相结合。结果表明，到2100年该国许多地区将出现明显的变暖，特别是在SSP5–8.5情景下，变暖幅度超过5 °C。尽管降水预测总体上显示出轻微增加，特别是在SSP3–7.0情景下，但仍存在显著的区域变率。预测表明，伊朗西北和东南部地区的气象干旱预计将变得更加频繁和严重，其中SPEI表明由于温度驱动的PET增加，干旱强度更大且持续时间更长。这些发现强调了需要具备气候韧性的水资源管理和强有力的适应政策，以减少未来干旱的影响。
研究背景与引言
气候变化是当前最严峻的环境挑战之一，尤其对易受水资源可用性波动影响的干旱和半干旱地区构成严重威胁，导致水文气候极端事件频发。伊朗作为中东地区典型的半干旱国家，长期遭受气候变化与水文气候变率加剧的冲击，且由于不可持续的增长和水资源管理实践而进一步恶化。以往预测伊朗未来干旱的研究多采用旧的CMIP3和CMIP5模型及过时的代表性浓度路径（RCP）情景，且多关注局部案例，未能全面覆盖全国范围；在计算潜在蒸散量（PET，衡量大气蒸发需求的重要参数）时多采用Thornthwaite法，可能高估干旱程度。此外，以往研究缺乏对高分辨率降尺度数据集在伊朗复杂地形下的性能评估，也未能将未来干旱变化定量归因于降水和PET的贡献。因此，有必要利用第六次耦合模式相互比较计划（CMIP6，提供气候模型比较标准）最新模拟数据和高分辨率数据集开展全国范围的干旱预测。研究人员开展了基于高分辨率NEX-GDDP-CMIP6数据集的综合评估与预测研究。研究结论表明，气温升高驱动的PET增加是加剧伊朗未来干旱的主导因素，特别是在高排放情景下，干旱的频率和持续时间将显著增加。这一发现强调了具备气候韧性的水资源管理政策的紧迫性，为伊朗的水资源风险评估和农业适应规划提供了可靠的科学依据，该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
关键技术方法
研究采用了25个经过偏差校正和统计降尺度的NEX-GDDP-CMIP6模型，空间分辨率为0.25° × 0.25°，在SSP1–2.6、SSP2–4.5、SSP3–7.0和SSP5–8.5四种情景下进行未来气候预测。样本队列来源为伊朗51个气象站1985至2014年的逐月温度和降水观测数据。研究采用标准化降水指数（SPI，仅基于降水的干旱指标）和标准化降水蒸散指数（SPEI，综合降水和蒸散的干旱指标）评估1、6和12个月时间尺度的干旱状况，其中PET采用Hargreaves–Samani方法计算。研究利用概率密度函数评估模型对历史气候分布特征的模拟性能，采用Cohen's Kappa统计量比较SPI和SPEI分类的一致性，并通过Mann–Kendall检验和Sen's斜率估计法分析气候变量的时空趋势与显著性。
研究结果
Historical performance of the NEX-GDDP-CMIP6 ensemble
通过概率密度函数对比发现，多模式集合能较好地捕捉观测到的温度分布特征，但对极端降水强度的模拟存在低估。基于海拔的分组评估表明，模型在复杂山区的降水模拟存在分布差异，但整体上能够再现温度和降水的分布行为。此外，基于观测站记录的SPI和SPEI成功重现了1998/1999至2002年期间的历史干旱演变和持续性，验证了干旱指数在伊朗应用的适用性。
Projection of future temperature and precipitation
基于多模式集合预测，到21世纪末（2071–2100年），伊朗气温将显著升高，在SSP5–8.5情景下增幅最大，多数地区气温上升4–6 °C。降水预测则显示较大的空间异质性，尽管总体略有增加，尤其在SSP3–7.0情景下中部、南部和东部降水增加20–40%，但SSP5–8.5情景下西北部降水将减少。气温趋势表现出正且显著的空间一致性，而降水趋势在模型间的离散度较大。
Projected changes in drought
干旱频率和持续时间预计将显著增加。在SSP3–7.0和SSP5–8.5情景下，SPI显示西北和东南地区干旱频发。SPEI结果则更为严峻，在所有时间尺度上，除SSP1–2.6外，全国大部分地区将经历高频和长期的干旱。在SSP3–7.0和SSP5–8.5情景下的SPEI-12尺度中，多数地区干旱持续中位数超过20个月，且极端干旱呈现从干旱中心向北部边缘扩展的趋势。统计表明SPEI预测的干旱比SPI更持久，且随着气候变暖，两者分类的一致性逐渐减弱。
Drivers of changes in drought
通过将SPEI变化分解为降水和PET的贡献，研究发现PET相关效应占据绝对主导地位。气温升高驱动的PET增加是伊朗干旱加剧的主要机制，全国普遍存在PET驱动的干燥模式，尤其在中部高原和南部地区最为强烈。相反，降水变化的空间信号较弱且存在区域变率，预测的降水增加不足以抵消PET增加引发的干燥效应。
讨论与结论
研究结果与以往基于CMIP5/CMIP3的研究方向一致，但CMIP6集合呈现出空间更连贯、热力学增强更显著的干燥信号。降水变化的空间异质性可归因于大尺度大气环流和复杂地形的相互作用。尽管SSP3–7.0情景下降水增加，但由于气温升高导致PET大幅上升，降水的增加不足以缓解干旱，反而因蒸发需求增强而加剧了水分亏缺。研究指出，Hargreaves–Samani法虽然在大尺度多模型评估中具有实用性，但可能因未考虑风速和湿度而在特定地区存在偏差。此外，SPI和SPEI基于平稳性假设，在未来强气候变化下可能受到分位数漂移的影响，需谨慎解释绝对干旱估计。研究强调，未来干旱预测应视为合理范围而非确定性预测。
本研究结论指出，基于高分辨率NEX-GDDP-CMIP6数据集的评估表明，在所有SSP情景下伊朗气温均显著上升，高排放情景下增幅可达4–5 °C。尽管部分地区降水增加，但PET的显著增加主导了干旱的加剧，全国大部分地区将面临高频且长期的气象干旱。研究结果突出了伊朗日益严重的水资源压力风险，要求政策制定者优先考虑气候适应措施以增强抵御未来干旱的韧性，特别是在脆弱的农业和水资源管理领域。
