馬明衛(wèi)，韓宇平，嚴(yán)登華，張小麗

(1.華北水利水電大學(xué)水資源學(xué)院，河南 鄭州 450046； 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，北京 100038)

全球變化背景下干旱災(zāi)害愈演愈烈，已經(jīng)成為當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素[1-2]。一方面，干旱影響地表水和地下水，可能導(dǎo)致水資源供給不足、水質(zhì)惡化、糧食減產(chǎn)、生產(chǎn)力降低、發(fā)電量減少，還會(huì)干擾河岸棲息地并影響其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)；另一方面，干旱還可能改變區(qū)域水文特性，通過(guò)影響徑流改變水體中泥沙、有機(jī)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)鹽等的運(yùn)移與分配，從根本上影響江河湖庫(kù)的水環(huán)境與水生態(tài)。除此以外，特大干旱及其次生災(zāi)害還可能在一定程度上重塑地表陸域生態(tài)環(huán)境，造成長(zhǎng)期的、不可逆轉(zhuǎn)的影響。目前，有關(guān)旱災(zāi)影響的研究仍多集中于直接影響，特別是干旱對(duì)缺水的影響[3-6]；而對(duì)干旱，尤其是特大干旱可能引發(fā)的次生災(zāi)害及其長(zhǎng)期影響的關(guān)注不夠，相關(guān)研究較為薄弱、分散，尚缺乏整體性的研究思路與框架?；诖耍瑸橛行七M(jìn)特大干旱事件災(zāi)害孕育機(jī)理及其影響方面的研究，本文在回顧與展望特大干旱災(zāi)害的基礎(chǔ)上，分別對(duì)其次生災(zāi)害孕育過(guò)程和對(duì)生態(tài)環(huán)境長(zhǎng)期影響的相關(guān)研究進(jìn)行梳理與評(píng)述，探討當(dāng)前研究中存在的主要問(wèn)題與薄弱環(huán)節(jié)，并展望未來(lái)研究的可能發(fā)展方向。

1 特大干旱回顧與展望

近年來(lái)，我國(guó)局部性、區(qū)域性的干旱災(zāi)害連年發(fā)生，重特大干旱災(zāi)害也呈現(xiàn)頻發(fā)的態(tài)勢(shì)[7]。我國(guó)歷史上平均每2～3年即發(fā)生一次較大影響的旱災(zāi)。20世紀(jì)的100年間我國(guó)發(fā)生嚴(yán)重旱災(zāi)18次，而進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)的前20年就已發(fā)生了10次較嚴(yán)重的旱災(zāi)。2006—2007年，我國(guó)川渝地區(qū)發(fā)生嚴(yán)重干旱；2009年底至2010年6月，西南5省(區(qū)、市)發(fā)生特大干旱災(zāi)害；2011年1—5月，長(zhǎng)江中下游地區(qū)湖北、湖南、江西、安徽、江蘇5省及西南部分省份發(fā)生了特大干旱[8]。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)特大干旱及其災(zāi)害的最新研究大多聚焦于西南地區(qū)的特大干旱(其中大部分重點(diǎn)探討2009—2010年西南大旱)[9-14]，其他多見(jiàn)于對(duì)湖南、安徽、陜西、新疆、河南等局地歷史特大干旱的場(chǎng)次分析[15-19]。同時(shí)，有關(guān)干旱災(zāi)害后評(píng)估方面的研究亟待加強(qiáng)，特別是重特大干旱災(zāi)害相關(guān)研究還很不成熟。部分學(xué)者研究了歷史特大干旱的發(fā)生規(guī)律，偏重對(duì)場(chǎng)次旱災(zāi)的具體評(píng)價(jià)，但往往只借助于經(jīng)驗(yàn)分析或代表性數(shù)據(jù)對(duì)比，所得結(jié)果可能缺乏客觀性[20]。

近幾十年，我國(guó)重特大干旱災(zāi)害頻發(fā)的原因[8]有以下幾點(diǎn)：其主要原因是全球氣候變化所導(dǎo)致的極端氣候事件增加；其重要原因是人口數(shù)量、用水需求激增和用水結(jié)構(gòu)變化等導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)干旱災(zāi)害脆弱性增強(qiáng)；其客觀原因是水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致應(yīng)對(duì)極端干旱事件能力偏弱。上述因素的交織與疊加，將進(jìn)一步加重未來(lái)應(yīng)對(duì)特大干旱的壓力。

越來(lái)越多的證據(jù)表明，氣候變化加劇了與水有關(guān)的極端事件，其中就包括極端干旱的頻發(fā)，這將進(jìn)一步影響水資源的時(shí)空分布和可用性。在全球范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)特大干旱的影響面積將顯著擴(kuò)張[21-22]。由于氣候變化與干旱災(zāi)害對(duì)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的影響，許多國(guó)家將面臨日益嚴(yán)重的水資源短缺壓力。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，氣候變化引起的干旱及其災(zāi)害對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響將更加廣泛而深入，包括對(duì)水資源、生態(tài)環(huán)境、人類(lèi)健康、糧食和農(nóng)業(yè)、能源和工業(yè)等諸多方面可能造成的威脅與災(zāi)難性破壞[23]。面對(duì)與特大干旱等極端事件相關(guān)的當(dāng)前影響和未來(lái)預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)，我們必須為適應(yīng)氣候變化和減少災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提供可持續(xù)的解決方案[24-25]。

2 特大干旱次生災(zāi)害

目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中“次生災(zāi)害”的表述多見(jiàn)于地震(占比最高)、暴雨洪澇、臺(tái)風(fēng)等重大突發(fā)現(xiàn)象，而鮮見(jiàn)于干旱或旱災(zāi)；而在災(zāi)害系統(tǒng)或?yàn)?zāi)害鏈的相關(guān)文獻(xiàn)中，一般表述為“干旱災(zāi)害鏈”，考慮其中干旱或旱災(zāi)作為原生災(zāi)害的情形，但“干旱災(zāi)害鏈”相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量也不是很多。

2.1 干旱災(zāi)害鏈

通常情況下，一種災(zāi)害的發(fā)生往往觸發(fā)或伴隨另一種或多種災(zāi)害的發(fā)生。觸發(fā)或伴發(fā)的災(zāi)害稱(chēng)為次生災(zāi)害，引起次生災(zāi)害觸發(fā)或伴發(fā)的災(zāi)害被認(rèn)為是初始災(zāi)害。同一地區(qū)或相鄰地區(qū)的各種災(zāi)害，在一定條件下常常具有因果關(guān)系，構(gòu)成自然災(zāi)害的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)(災(zāi)害鏈)[26-27]。國(guó)內(nèi)有關(guān)“干旱災(zāi)害鏈”的專(zhuān)門(mén)表述最早可能見(jiàn)于2002年[28]，據(jù)記載，2001年我國(guó)北方地區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重的春夏連旱，不僅給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，而且還誘發(fā)了許多與干旱有關(guān)的災(zāi)害，形成一個(gè)“災(zāi)害鏈”，包括：蟲(chóng)災(zāi)(蝗災(zāi))、火災(zāi)、風(fēng)沙災(zāi)害、地面塌陷、危及野生動(dòng)物等。此后，有少數(shù)學(xué)者對(duì)我國(guó)部分地區(qū)的干旱災(zāi)害鏈相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究和探討[29-32]。

孤立的單一災(zāi)害客觀上是不存在的，客觀存在的是災(zāi)害系統(tǒng)，次生災(zāi)害是災(zāi)害系統(tǒng)的重要組成部分。而次生災(zāi)害具有多樣性、擴(kuò)散性、潛伏性、循環(huán)性、交叉性、破壞性等特性[26]。最新數(shù)據(jù)顯示，次生災(zāi)害將在全球范圍內(nèi)引發(fā)更多自然災(zāi)害損失；同時(shí)，次生災(zāi)害帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)往往被低估，因?yàn)槠溆绊懭匀菀妆辉鸀?zāi)害事件造成的損失所掩蓋；然而已經(jīng)有證據(jù)表明次生災(zāi)害帶來(lái)的潛在損失在不斷增加，且這一特征越發(fā)明顯[33]。以下圍繞常見(jiàn)的干旱災(zāi)害鏈及次生災(zāi)害(圖1)，對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)方面的研究現(xiàn)狀展開(kāi)綜述。

2.2 高溫?zé)崂?/h3>

干旱是一種較長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候?yàn)?zāi)害，而高溫?zé)崂耸且环N較短時(shí)間尺度的天氣災(zāi)害；二者既有差異與區(qū)別，但又有緊密的內(nèi)在聯(lián)系。持續(xù)干旱通常是高溫?zé)崂税l(fā)生的背景，而頻繁的高溫天氣又會(huì)加快地表水分流失的速度，進(jìn)一步加重干旱程度。干旱和高溫?zé)崂舜蠖及殡S降水量的顯著偏少。在我國(guó)大部分地區(qū)，尤其夏季月平均氣溫與降水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，溫度高往往就意味著降水少。高溫天氣日數(shù)增多，促使平均氣溫上升，導(dǎo)致地表蒸發(fā)量增加，夏季高溫酷暑天氣伴隨著干旱的情形很可能發(fā)生，或使干旱持續(xù)維持[34-35]。地表變干和降水量減少與氣溫升高相關(guān)，地表變濕和降水量增多與氣溫降低有關(guān)[36]。同時(shí)，土壤濕度與降水量呈正相關(guān)，與平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，尤其夏季的氣溫與土壤濕度呈顯著負(fù)相關(guān)[37]；隨著氣溫升高，尤其夏季氣溫升高，促使上層土壤干旱化，深層土壤水分散失速度加快，土壤干旱程度加重[38]。因此，氣溫對(duì)于分析和評(píng)估干旱程度而言舉足輕重[39]。如，我國(guó)北方夏季干旱范圍及嚴(yán)重程度基本上與暖季極端氣溫變化相一致，若極端最高氣溫偏高、高溫?zé)崂祟l繁發(fā)生，則干旱趨勢(shì)逐步加重，干旱影響范圍也逐步擴(kuò)大[40]。

圖1 干旱災(zāi)害鏈的互聯(lián)關(guān)系Fig.1 The interconnections in drought disaster chains

特別地，近年來(lái)有關(guān)高溫?zé)崂诵腕E發(fā)干旱的報(bào)道也需要引起重視，其主要是由高溫?zé)崂怂?qū)動(dòng)，高溫?zé)崂藢?dǎo)致蒸散發(fā)迅速增加，進(jìn)而造成土壤含水量迅速下降。驟發(fā)干旱是一種在植物生長(zhǎng)季內(nèi)發(fā)生迅速，持續(xù)1周到幾周(一般維持時(shí)間在1個(gè)月以?xún)?nèi))，并以高溫和土壤含水量短缺為主要特征的干旱事件，“短歷時(shí)-高強(qiáng)度”導(dǎo)致其影響迅速、破壞性極大，且可能演變?yōu)殚L(zhǎng)期持續(xù)性干旱[41-42]。

2.3 森林火災(zāi)

高溫-干旱-火災(zāi)是最常見(jiàn)的干旱災(zāi)害鏈之一。高溫干旱極易引發(fā)森林、草原火災(zāi)和山火等。大多數(shù)森林火災(zāi)都發(fā)生在干旱高溫季節(jié)，且一旦發(fā)生后難以控制和撲滅[43]。如，2019年發(fā)生的澳大利亞山火和亞馬孫森林火災(zāi)，除人為因素外，起火點(diǎn)多系干燥天氣、強(qiáng)風(fēng)及高溫引起。

大量研究表明，世界各地的森林火災(zāi)與干旱氣候因子有關(guān)。徐明超等[44]認(rèn)為干旱氣候條件與森林火災(zāi)的發(fā)生有密切的關(guān)系，氣溫、日照、蒸發(fā)量、風(fēng)力、空氣濕度等影響著森林火災(zāi)的發(fā)生與發(fā)展；一般情況下，氣溫高、降水少、濕度小、風(fēng)力大易發(fā)生森林火災(zāi)。張磊等[45]發(fā)現(xiàn)氣候越干旱林區(qū)火災(zāi)發(fā)生的可能性越大，長(zhǎng)期連續(xù)干旱可能導(dǎo)致森林大火的發(fā)生。蘭明才等[46]認(rèn)為干旱情況下森林等植被含水率下降，當(dāng)下降到一定程度時(shí)，森林火災(zāi)容易發(fā)生；最長(zhǎng)干旱持續(xù)日數(shù)和森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)、受災(zāi)面積的相關(guān)性較高；森林火災(zāi)多發(fā)生在干旱條件下的連晴時(shí)段內(nèi)。Siegert等[47]發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾/南方濤動(dòng)(ENSO)引起的特大干旱可能導(dǎo)致森林易燃性和火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加。Brown等[48]揭示了草原火災(zāi)周期與草原干旱之間具有密切聯(lián)系。Reinhard等[49]發(fā)現(xiàn)氣候變化導(dǎo)致大部分氣候變量呈現(xiàn)有利于干旱和森林火災(zāi)的趨勢(shì)，如無(wú)降水持續(xù)日數(shù)、日照時(shí)間和溫度的增加以及相對(duì)濕度的降低等。Dimitrakopoulos等[50]也認(rèn)為氣候變化導(dǎo)致干旱事件增加，將對(duì)山火的發(fā)生產(chǎn)生重要影響。Littell等[51]發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)的發(fā)生及面積都明顯隨干旱而增加，且短期和長(zhǎng)期干旱都很重要，會(huì)在多個(gè)方面影響火情的時(shí)空特征(火災(zāi)強(qiáng)度、嚴(yán)重性、空間范圍和頻率等)。Sutanto等[52]通過(guò)分析高溫?zé)崂?、干旱、火?zāi)等多種災(zāi)害遭遇和相繼發(fā)生的時(shí)空特征，認(rèn)為高溫干旱將極大增加火災(zāi)發(fā)生可能性和危險(xiǎn)性。

2.4 風(fēng)沙災(zāi)害

季節(jié)性的高溫、干旱、少雨很容易導(dǎo)致區(qū)域性大風(fēng)或強(qiáng)風(fēng)天氣盛行。我國(guó)東北、內(nèi)蒙古和西南主要林區(qū)，春旱引發(fā)大風(fēng)，進(jìn)一步加劇干旱的情況較為常見(jiàn)[53]。其他地區(qū)也多有干旱氣象引發(fā)短時(shí)大風(fēng)(強(qiáng)風(fēng))的報(bào)道，如新疆在每年三月(南疆)、四月(北疆)至十月期間的大氣干旱常引發(fā)大范圍旱風(fēng)。干旱還會(huì)引發(fā)旱風(fēng)型干熱風(fēng)，其特點(diǎn)是風(fēng)速大。在遭遇高溫低濕情況下，大風(fēng)還會(huì)加劇大氣干燥程度，加速作物蒸散發(fā)，使葉卷縮呈繩狀，嚴(yán)重時(shí)可致葉片撕裂破碎。此種情形常見(jiàn)于我國(guó)新疆地區(qū)和西北黃土高原的多風(fēng)地帶，尤其在干旱年份頻繁出現(xiàn)。有研究[54]表明，我國(guó)北方氣候總體呈現(xiàn)長(zhǎng)期暖干化的趨勢(shì)，可能導(dǎo)致干旱和干熱風(fēng)發(fā)生區(qū)域擴(kuò)大、次數(shù)增多、強(qiáng)度增強(qiáng)、危害加重。

持續(xù)干旱還可能誘發(fā)沙塵天氣，甚至沙塵暴。沙塵天氣的出現(xiàn)受風(fēng)力作用和地表狀況的綜合影響。一方面，風(fēng)是沙塵的重要驅(qū)動(dòng)力，決定著沙塵天氣的強(qiáng)度；另一方面，地表是沙塵的主要來(lái)源，植被覆蓋、土壤濕度等狀況制約著沙塵天氣的規(guī)模和范圍。長(zhǎng)期干旱很可能造成植被減少和土壤退化(如荒漠化、沙化)，惡化地表總體環(huán)境狀況。因而，在遭遇強(qiáng)風(fēng)時(shí)極易形成浮塵、揚(yáng)沙、沙塵暴等不同程度的沙塵災(zāi)害。如，我國(guó)新疆地區(qū)的沙塵天氣主要發(fā)生在易旱的春季，其干旱災(zāi)害與沙塵天氣之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系[55]。預(yù)計(jì)隨著干旱程度增加、極端天氣事件增多，風(fēng)蝕和隨之而來(lái)的粉塵也會(huì)相應(yīng)增加[56]。在未來(lái)干旱條件下，通常伴隨人為擾動(dòng)并依賴(lài)足夠水分的傳統(tǒng)生態(tài)修復(fù)方法，可能帶來(lái)更大的地表侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，這一點(diǎn)需要特別加以重視。

由于備用系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，各 RTU的實(shí)時(shí)信息都是與主系統(tǒng)一樣，由通信網(wǎng)絡(luò)取得。唯一要解決的是圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)信息在兩個(gè)系統(tǒng)的同步問(wèn)題，南瑞繼保公司的解決方案是使用一套數(shù)據(jù)同步軟件，使得兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。

2.5 病蟲(chóng)災(zāi)害

蝗蟲(chóng)災(zāi)害是一類(lèi)常見(jiàn)且對(duì)地表植被(特別是農(nóng)作物)具有極大破壞性的病蟲(chóng)災(zāi)害，其發(fā)生與蔓延過(guò)程大都與連續(xù)干旱少雨有關(guān)。1942—1943年發(fā)生在河南地區(qū)的旱、風(fēng)、蝗災(zāi)害，其災(zāi)情之重、范圍之廣為近代所罕見(jiàn)[57-58]。1942年，該地區(qū)夏季降水量?jī)H為常年降水的1/10～1/3，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)需水；夏季雨水奇缺、秋季干旱持續(xù)是大旱發(fā)生的關(guān)鍵所在。同時(shí)，麥?zhǔn)占竟?jié)干熱風(fēng)的肆虐導(dǎo)致小麥大幅減產(chǎn)，僅收獲二成左右。1943年，多數(shù)縣水旱交疊，夏季小麥災(zāi)重者僅收二三成，輕者五六成；麥后正值秋季作物生長(zhǎng)季，河南全境爆發(fā)蝗災(zāi)，蝗蟲(chóng)肆虐，秋糧災(zāi)重者絕收，災(zāi)輕者僅能收一二成。據(jù)《河南大事記稿》載“河南本年餓死300萬(wàn)人，流亡他省300萬(wàn)人，瀕于死亡邊緣等待救濟(jì)者1 500萬(wàn)人”?；仡櫞舜斡|目驚心的特大旱災(zāi)，因旱而生蝗災(zāi)的災(zāi)難性后果可見(jiàn)一斑。姜逢清等[55]的研究也表明我國(guó)蝗災(zāi)的暴發(fā)與旱災(zāi)的發(fā)生具有一定的時(shí)空同步性，表現(xiàn)出明顯的災(zāi)害鏈效應(yīng)，如新疆地區(qū)農(nóng)田干旱受災(zāi)面積與蝗災(zāi)受災(zāi)面積之間存在顯著線性相關(guān)關(guān)系。2019年大規(guī)模暴發(fā)的東非沙漠蝗災(zāi)，也與熱帶暴雨、洪澇、干旱等異常天氣與氣候條件不無(wú)關(guān)系[59]。

除了蝗災(zāi)，其他蟲(chóng)害也是暖干條件下容易發(fā)生的干旱衍生自然災(zāi)害[60]。受近幾十年全球氣候變暖的影響，我國(guó)大部分地區(qū)暖冬現(xiàn)象明顯多發(fā)，有利于病蟲(chóng)菌卵越冬。入春后，由于南方暖濕、陰雨寡照及北方暖干等氣象條件，適宜某些病蟲(chóng)害的發(fā)生與蔓延，而且發(fā)生早、范圍廣[61]。黃淮海地區(qū)及四川、湖北、上海、陜西、甘肅等地各類(lèi)農(nóng)作物有紅蜘蛛、赤霉病、白粉病、條銹病、蚜蟲(chóng)、吸漿蟲(chóng)、紋枯病等病蟲(chóng)發(fā)生與蔓延。特別是春夏長(zhǎng)期干旱，容易繼發(fā)麥蟲(chóng)、棉蟲(chóng)等病蟲(chóng)害，在作物生長(zhǎng)季造成嚴(yán)重威脅[62]；松毛蟲(chóng)等林區(qū)病蟲(chóng)害，也會(huì)引起樹(shù)木病害甚至死亡[63]。

2.6 疫病和饑荒

持續(xù)干旱可能導(dǎo)致水源枯竭，造成供水嚴(yán)重不足(人畜飲用水困難、農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)缺水等)。特別是長(zhǎng)期嚴(yán)重干旱導(dǎo)致飲用水源水質(zhì)惡化、衛(wèi)生條件差，很容易誘發(fā)各類(lèi)疾病[64]。干旱期間水資源供應(yīng)不足，水源的補(bǔ)給量和水位降低，水的稀釋能力減弱；持續(xù)的干旱使不符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的二次供水和自備水源比例增加，且水中游離余氯、細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群超標(biāo)率較高。因而，干旱期間的水源更容易受到糞尿和病原體污染，引起消化道疾病的暴發(fā)流行[65]。同時(shí)，干旱缺水直接導(dǎo)致農(nóng)作物大面積枯萎、減產(chǎn)甚至絕收，進(jìn)而引發(fā)糧食危機(jī)和饑荒。2002—2003年南部非洲的糧食危機(jī)和1998年蘇丹南部的災(zāi)難性饑荒，大量人口和牲畜因缺水、缺糧而死，進(jìn)一步導(dǎo)致疫病的流行和死亡率的上升。此外，干旱和氣候變化也是導(dǎo)致貧困發(fā)生的重要原因之一，特別是落后的農(nóng)村和山區(qū)，用水和糧食不安全問(wèn)題仍較為突出[66]。

3 特大干旱對(duì)生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)期影響

20世紀(jì)下半葉以來(lái)，全球處于快速升溫增暖狀態(tài)；不過(guò)在1998—2012年出現(xiàn)過(guò)暫時(shí)的增溫停滯現(xiàn)象，近幾年全球快速變暖趨勢(shì)已基本恢復(fù)到原來(lái)的水平[67]。在此種背景下，全球氣候和地表環(huán)境的長(zhǎng)期暖干化趨勢(shì)似乎越來(lái)越明顯。全球干旱化的加劇，特別是超大范圍(地區(qū)、大陸尺度)極端干旱事件的頻繁發(fā)生，將在不同程度上對(duì)地表生態(tài)環(huán)境(能量圈、水圈、大氣圈、土壤圈、生物圈、人類(lèi)圈等)產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響(圖2)。

圖2 干旱對(duì)地表圈層的長(zhǎng)期影響Fig.2 The long-term effects of drought disasterson the surface circumstance

3.1 全球變化與干旱

一般認(rèn)為，太陽(yáng)輻射變化(如太陽(yáng)黑子活動(dòng))對(duì)地球天氣氣候具有重大影響[68]。但全球變化和干旱氣候?qū)Φ乇砟芰拷粨Q與平衡可能產(chǎn)生何種程度的反饋?zhàn)饔茫磳?duì)地表輻射和能量平衡的影響，值得深入研究與探討。大量事實(shí)表明，地球表面已經(jīng)并且正在發(fā)生巨大的變化，這種變化對(duì)整個(gè)地球能量平衡造成了不容忽視的影響。人類(lèi)活動(dòng)以外，氣候變化本身會(huì)引起地表反照率的改變，而全球干旱加劇(特別是北半球中高緯度干濕過(guò)渡區(qū))則通過(guò)影響土地覆被間接改變地表反照率和比輻射率等，這些都是導(dǎo)致地表能量不平衡的重要原因[69]。植被的存在對(duì)地表能量收支具有顯著影響，如增加地表吸收的短波輻射和地表蒸發(fā)潛熱，減少地表釋放的長(zhǎng)波輻射等。土壤濕度可以通過(guò)蒸散發(fā)作用，調(diào)節(jié)感熱和潛熱通量的占比，進(jìn)而影響地表能量平衡及再分配。在極端干旱條件下，土壤濕度下降會(huì)大大抑制潛熱通量，導(dǎo)致感熱通量急劇增加[70]。有研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)西北干旱氣候環(huán)境的進(jìn)一步發(fā)展，將對(duì)全球的能量平衡過(guò)程及其空間分布狀態(tài)產(chǎn)生影響[71]。過(guò)去幾十年，我國(guó)黃土高原地區(qū)氣候干旱化對(duì)地表能量平衡的影響比氣溫變暖的影響更為突出[72]。地表土壤熱通量和土壤干濕變化會(huì)對(duì)地表輻射過(guò)程和能量平衡各分量產(chǎn)生重要影響，土壤濕度較小時(shí)(干旱條件下)，地表凈輻射和潛熱通量較低，而感熱通量較大，土壤熱通量差異明顯[73]。綜合看來(lái)，干旱化加劇導(dǎo)致的地表能量分布改變可能會(huì)在一定程度上影響未來(lái)全球變化(天氣氣候、陸氣相互作用、地表環(huán)境等)的進(jìn)程。

3.2 水資源與水生態(tài)

氣候和地表環(huán)境的長(zhǎng)期暖干化趨勢(shì)將加速全球水循環(huán)，加劇極端水文事件發(fā)生，導(dǎo)致全球不同尺度水資源的重新分配。大氣增溫必然會(huì)引起大氣物理過(guò)程和大氣環(huán)流的改變或調(diào)整，從而造成降水量及其時(shí)空格局的變化；氣候暖干和降水變化也會(huì)引起土壤溫度和濕度等土壤特性的改變[72]。如，在全球變暖和干旱加劇的背景下，我國(guó)西北干旱地區(qū)的水資源系統(tǒng)將變得更加脆弱，其水文水資源可能面臨的變化[74]包括：①降水、徑流“突變型”增加；②冰川積雪融水徑流量增加；③徑流豐、枯變化加劇。氣候變化與極端干旱將增加水文波動(dòng)和水資源的不確定性，降水和氣溫較小的變化都可能引起徑流較大幅度的改變，對(duì)區(qū)域生態(tài)水文過(guò)程產(chǎn)生重大影響。

頻繁發(fā)生的干旱和極端干旱會(huì)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生顯著影響[75]。作為重要驅(qū)動(dòng)力，干旱造成的水分虧缺，可能從根本上改變水文循環(huán)條件和水文-生態(tài)過(guò)程，其主要表現(xiàn)有：水量減少、流速降低、水域面積減少、污染物遷移與轉(zhuǎn)化規(guī)律改變、水體各尺度連通性降低、生物量減少和物種多樣性降低等。干旱對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的影響程度取決于干旱發(fā)生時(shí)間和季節(jié)、干旱持續(xù)時(shí)間、干旱期間最枯徑流量、干旱覆蓋的空間范圍以及區(qū)域本底或前期水文氣候狀況等[76]。在極端干旱條件下，由于水生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量匱乏、棲息地面積萎縮、水環(huán)境惡化、捕食競(jìng)爭(zhēng)性加劇等原因，將導(dǎo)致水生生物空間分布特征改變、多樣性降低、繁殖能力下降、種群規(guī)模減小等嚴(yán)重后果[77]。

3.3 碳循環(huán)與養(yǎng)分

陸地生態(tài)系統(tǒng)是全球碳循環(huán)的重要組成部分，在全球碳收支中占主導(dǎo)地位[70,78]。有數(shù)據(jù)顯示，過(guò)去十多年間陸地生物圈吸收了約30%的化石燃料碳排放，使其成為全球碳庫(kù)的關(guān)鍵組成部分，一定程度上緩解了化石燃料CO2排放及其造成的全球變暖[79]。陸地總初級(jí)生產(chǎn)力(gross primary production, GPP)是全球植被生長(zhǎng)和糧食生產(chǎn)的基礎(chǔ)，影響著生態(tài)系統(tǒng)碳平衡，在調(diào)節(jié)大氣CO2中發(fā)揮著重要作用。盡管未來(lái)幾十年大氣中較高的CO2濃度可能通過(guò)施肥效應(yīng)促進(jìn)GPP，但由于養(yǎng)分限制和干旱頻率、強(qiáng)度增加等因素的影響，GPP的未來(lái)趨勢(shì)仍然不確定[80]。干旱可以通過(guò)直接方式(如水分限制和熱脅迫)和間接方式(如造成火災(zāi)和昆蟲(chóng)爆發(fā))影響GPP。一些模型研究表明，21世紀(jì)期間全球許多地區(qū)干旱發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)在增加，極端干旱對(duì)GPP的影響比輕度和中度干旱的影響更大。在中高排放情景下，到21世紀(jì)末極端干旱造成GPP的減少幅度預(yù)計(jì)將比2000年多3倍。隨著大氣變暖和干旱加劇，全球碳循環(huán)面臨受極端干旱影響的高風(fēng)險(xiǎn)，具體量化未來(lái)全球范圍內(nèi)干旱對(duì)GPP影響的研究也存在高度不確定性[81]。另有研究表明，干旱氣候環(huán)境進(jìn)一步發(fā)展的情景下，全球平均陸地植被通過(guò)生理過(guò)程產(chǎn)生的CO2凈通量將有所減少，而干旱氣候環(huán)境改善的情景下，上述植被生理過(guò)程CO2凈通量將有所增加[71]。同時(shí)，氣溫升高也會(huì)顯著增加土壤的碳排放，降低土壤凈CO2吸收。因此，伴隨全球長(zhǎng)期暖干化趨勢(shì)，地表儲(chǔ)存的有機(jī)碳可能不斷減少，向大氣中釋放出更多CO2；但受高溫干旱影響，地表總固碳能力和初級(jí)生產(chǎn)力可能逐漸下降[70]。

3.4 陸地生態(tài)系統(tǒng)

3.5 社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)

干旱對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響是非結(jié)構(gòu)性的和分散的，其影響的范圍比洪水、風(fēng)暴和地震等其他自然災(zāi)害所造成損失的范圍更大。糧食安全、城鄉(xiāng)居住、能源生產(chǎn)、工業(yè)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人類(lèi)健康等方面都對(duì)水高度依賴(lài)，很容易受到氣候變化和干旱的影響。特大干旱災(zāi)害可能導(dǎo)致難民流離失所，引發(fā)社會(huì)動(dòng)蕩和不安全因素。歷史上特大干旱災(zāi)害所導(dǎo)致的人類(lèi)社會(huì)崩塌和文明衰退(甚至消亡)，也警醒著未來(lái)可能引發(fā)的政治、經(jīng)濟(jì)和文化等方面的混亂[88]。

隨著水及其他有限自然資源供給壓力的增大，特大干旱導(dǎo)致的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活用水等方面的損失可能倍增。過(guò)去的干旱相關(guān)研究(農(nóng)業(yè)上的、水文學(xué)上的和社會(huì)經(jīng)濟(jì)上的)把重點(diǎn)放在了干旱的社會(huì)性影響方面，并更關(guān)注干旱作為自然現(xiàn)象與人類(lèi)活動(dòng)之際的相互作用和相互關(guān)系，即降水是否能為社會(huì)和環(huán)境提供足夠的水資源[89-91]。然而，隨著研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到宏觀干旱事件的微觀影響似乎并不直接取決于降水量，而受制于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)水的多重調(diào)蓄和對(duì)干旱的抵御能力。換言之，研究中對(duì)于干旱自然屬性(降水缺乏)的強(qiáng)調(diào)程度逐漸降低，而對(duì)于其影響復(fù)雜性和導(dǎo)致沖突的強(qiáng)調(diào)程度逐漸增加[92-93]。尤其對(duì)于特大干旱可能導(dǎo)致的社會(huì)系統(tǒng)性災(zāi)害壓力，必須從根源(資源獲取、管理體制)、宏觀壓力(人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境等)和保障(資金投入、基礎(chǔ)設(shè)施、教育培訓(xùn)等)等宏觀與微觀層面予以全盤(pán)考慮[94-95]。

干旱對(duì)人類(lèi)健康的影響通常是間接的[96-97]。如，糧食短缺可能導(dǎo)致人體能量供應(yīng)不足、營(yíng)養(yǎng)不良，如某些維生素和微量元素缺乏。干旱通過(guò)影響居民生活用水質(zhì)量，間接影響腹瀉發(fā)病率。呼吸道相關(guān)疾病的嚴(yán)重程度、發(fā)病率等也與干旱程度有關(guān)，干旱所營(yíng)造的有利生存條件可能導(dǎo)致蚊媒傳染病的爆發(fā)。干旱還會(huì)在一定程度上加劇環(huán)境、氣候、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)壓力，影響人類(lèi)心理健康。

4 研究展望

由于對(duì)特大干旱次生災(zāi)害認(rèn)識(shí)的局限，特別是其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響存在復(fù)合、潛在、不確定性等諸多復(fù)雜特征，目前特大干旱事件災(zāi)害孕育機(jī)理及影響研究尚處于起步階段，基礎(chǔ)非常薄弱。研究中的主要問(wèn)題與可能發(fā)展方向包括：

a. 對(duì)特大干旱的界定認(rèn)識(shí)不清，缺乏合理、客觀的判別依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，現(xiàn)有研究對(duì)特大干旱的聚焦不夠，而更多關(guān)注一般意義上的干旱現(xiàn)象與旱災(zāi)。

b. 災(zāi)害鏈研究意義重大，但目前國(guó)內(nèi)外災(zāi)害鏈相關(guān)研究仍較為薄弱，且多集中于研究沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害鏈和山區(qū)的地震災(zāi)害鏈，而對(duì)干旱災(zāi)害鏈的研究十分有限。

c. 干旱災(zāi)害鏈上的能量傳遞涉及多維、非線性系統(tǒng)問(wèn)題，而目前的研究一般僅通過(guò)定性方法分析災(zāi)害鏈的鏈條結(jié)構(gòu)及災(zāi)害傳遞方向。如何利用定量方法有效揭示災(zāi)害系統(tǒng)中干旱引發(fā)次生災(zāi)害的機(jī)理及多災(zāi)種協(xié)同演進(jìn)過(guò)程，亟待進(jìn)一步深入研究。

d. 多渠道檢索顯示，該領(lǐng)域內(nèi)最新研究文獻(xiàn)占比較低。大量文獻(xiàn)僅集中于少數(shù)幾個(gè)方面的研究，特別是氣候變化對(duì)干旱的復(fù)雜影響、森林火災(zāi)和植被(森林、草地)退化等，而某些方面的研究(如特大干旱對(duì)養(yǎng)分循環(huán)、生態(tài)過(guò)程的長(zhǎng)期影響)則相對(duì)匱乏。

e. 當(dāng)前研究開(kāi)展情況和已有研究成果表明，特大干旱事件災(zāi)害孕育機(jī)理及影響方面的整體研究框架尚未確立，相應(yīng)研究體系和技術(shù)方法體系也遠(yuǎn)未形成。