自公元1901年以来基于气象站数据评估的罗马尼亚干旱、水分平衡和干旱化演变

《Land》：Evolution of Drought, Water Balance and Aridity in Romania Since AD 1901 Assessed from Weather Station Data

　　

自1961年以来，罗马尼亚的干旱及相关气候特征（干旱化（aridity）、水分平衡（water balance））已有充分文献记载，但覆盖更长时间尺度的研究有限，且通常依赖于模型模拟或稀疏的观测数据。本研究利用RoCliHom数据集中156个气象站的月数据，对罗马尼亚123年（1901–2023年）的干旱、水分平衡和干旱化进行了分析。干旱演变采用标准化降水指数（Standardized Precipitation Index，SPI）和标准化降水蒸散指数（Standardized Precipitation Evapotranspiration Index，SPEI）进行分析。干旱化采用德马顿干旱指数（De Martonne Aridity Index）进行评估。趋势检测采用非参数曼-肯德尔检验（Mann–Kendall test），以便与罗马尼亚先前关于干旱和干旱化的研究进行公平比较。趋势幅度采用森斜率估计量（Sen’s slope estimator）计算。研究人员的结果显示，自20世纪初以来，蒸散量（evapotranspiration）明显增加，这是全国气候变暖的标志。年降水量没有重大变化。7月和8月的水分平衡分别在40%和85%的地点下降。在生长季节，过去七十年、六十年和五十年内干旱加剧，但整个研究期内没有显著变化。研究人员发现SPEI与北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation，NAO）、北半球环状模（Northern Annular Mode，NAM）和北极涛动（Arctic Oscillation，AO）遥相关指数之间存在强烈的负相关。123年期间的演变表明，近几十年来发生的干旱事件在长期气候背景下并非没有先例。

**论文解读：基于123年气象站数据的罗马尼亚干旱、水分平衡与干旱化演变研究**

### 研究背景、问题与意义

干旱是全球范围内影响水资源、农业和生态系统的重要气候灾害，其频率和强度在气候变化背景下呈现增加趋势。罗马尼亚作为东南欧最大的国家，具有温带大陆性气候，受大洋性、半干旱、地中海及黑海等多种气候影响，春季和夏季显著升温，热极端事件增加，积雪深度减少，农业和森林生态系统面临压力。然而，此前关于罗马尼亚干旱的研究多集中于1960年之后，更长时段（超过百年）的分析较少，且常依赖模型模拟或稀疏观测。现有知识在干旱的时空变异性、传播特征及其与大型大气环流的联系方面仍存在空白。因此，本研究利用覆盖全境、均匀分布的高质量气象站数据，对1901–2023年长达123年间的干旱、水分平衡和干旱化进行系统分析，旨在揭示长期演变规律，评估气候变暖的影响，并为农业、水资源管理和公共卫生适应策略提供科学依据。论文发表在《Land》。

### 主要技术方法

研究人员采用罗马尼亚气候均质化数据集（RoCliHom），包含156个气象站1901–2023年的月降水和气温（平均、最低、最高）数据，这些站点在空间和海拔上均匀分布。干旱分析使用标准化降水指数（SPI）和标准化降水蒸散指数（SPEI），后者同时考虑降水和蒸散对干旱的影响；干旱化分析使用德马顿干旱指数（IDM）。潜在蒸散量（PET）通过Hargreaves–Samani公式计算，水分平衡定义为降水量与PET之差。趋势检测采用非参数曼-肯德尔（Mann–Kendall）检验，趋势幅度用森斜率估计量（Sen’s slope）计算；与大型大气环流的关联使用斯皮尔曼秩相关（Spearman’s rho）系数评估，涉及北大西洋涛动（NAO）、北半球环状模（NAM）、北极涛动（AO）、斯堪的纳维亚型（SCA）等7个遥相关指数。

### 研究结果

**3.1 降水、气温、潜在蒸散与水分平衡**
通过Mann–Kendall趋势检验分析1901–2023年各气象要素的年度及月度变化趋势，发现：年降水量在部分北部、东部和东南部站点略有增加，但绝大多数站点无显著趋势。年气温和PET在所有站点均呈现统计显著的上升趋势，表明罗马尼亚自20世纪初以来持续变暖。水分平衡在约三分之一的地点呈下降趋势，主要分布在中部、西部和南部。在月尺度上，7月和8月水分平衡分别有40%和85%的站点显著下降，这一现象与气温升高导致PET增加、而降水无明显补偿有关，对葡萄等秋季作物的成熟期造成影响。

**3.2 干旱（SPEI与SPI）及干旱化**
通过计算生长季（4–9月）的6个月SPI和SPEI，并分析不同时段（123年、70年、60年、50年）的趋势，发现两种指数均能重现全国性的干旱年代际演变，突出显示了1918–1920年和1947–1948年等重大干旱事件。SPEI由于考虑了蒸散效应，比SPI更有效地捕捉到干旱加剧趋势：过去70年、60年和50年内，生长季干旱显著增强，但整个123年期间无显著变化。这表明近几十年的干旱事件在长期气候背景下并非史无前例。德马顿干旱指数在123年内仅9%的站点呈现显著趋势，说明总体干旱化状况稳定。

**3.3 遥相关**
通过计算SPEI与7个遥相关指数的Spearman秩相关系数，发现SPEI与NAO、NAM、AO呈强烈负相关，尤其在东南欧地区：这些指数的正相位通常伴随风暴路径北移，导致罗马尼亚降水减少、干旱风险增加。SCA指数在喀尔巴阡山脉以外的地区呈现正相关，其正相位与斯堪的纳维亚上空的高压系统相关，带来干燥秋季和冬季。大西洋多年代际振荡（AMO）在16个站点（占10.3%）呈显著相关，均位于喀尔巴阡山脉内部区域；而东大西洋/西俄罗斯型（EAWR）和极地-欧亚型（POL）对SPEI无显著影响。这些结果证实了大型大气环流对罗马尼亚干旱年际变化的驱动作用。

### 讨论与结论

讨论部分指出，气温和PET的持续上升，在降水无显著变化的背景下，对农业、土壤、生态系统、水资源和人类健康产生了实质性且空间异质的影响，尤其是在南部和东部低地农业密集区。干旱加剧直接导致玉米、向日葵等大田作物减产，葡萄在成熟期受水分和热胁迫影响品质，并间接加剧农村地区收入不稳定和公共卫生风险（如热相关疾病）。研究强调，适应措施（如水资源管理、灌溉现代化、长期农业规划）需结合区域差异制定。

研究结论总结如下：年降水量相对稳定，主要受长期周期驱动；自1901年以来罗马尼亚气温持续上升，蒸散增加；水分平衡在7月和8月分别有40%和85%的站点显著下降；SPEI显示过去70、60、50年内生长季干旱加剧；长期数据表明近几十年干旱事件并非毫无先例；SPEI与NAO、NAM、AO及SCA指数强相关，这些遥相关指数被认为是东南欧干旱年际变化的重要驱动力。气温和蒸散增加而降水不变的趋势，将对农业、土壤、生态系统、水资源和人类健康产生显著影响，需制定区域化适应策略。