导读

在全球变暖的大背景下，观测到的热旱事件（也称“复合型高温干旱事件”）的频率显著增加；围绕这类热旱，国内外研究学者展开广泛且深入探讨。然而，对于极端干旱事件本身，是否总是热旱？冷旱是否存在？同种温度异常类型的干旱，又该如何细致刻画温度异常程度？不同温度异常类型的干旱，是否又存在地理、纬度以及季节差异？进一步地，在干旱时空演变过程中，干旱极值点与温度异常极值点的时滞关系如何？围绕这些问题，近日Science合作期刊Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 发表了题为“Global seasonal-scale meteorological droughts. Part II: Temperature Anomaly based Classifications”的研究论文，对干旱同期的温度异常的多样性进行深入探讨。

图1  考虑不同温度异常特征的干旱事件分类。上图：典型热旱、冷旱、正常波动型干旱的面积/强度演变及极值时刻的空间分布；左下图：全球1980—2020年期间热旱、冷旱、正常波动型干旱、混合型干旱这四类事件的纬度–年际分布；右下图：全球1980—2020年期间所有沿海型干旱事件受旱格点的温度异常分布。

研究成果

Part II在Part I获取全球气象干旱事件集的基础上，利用干旱同期的温度异常进行事件分类，探讨其时空分布规律和过程演变特征，主要研究成果如下：

Part 01.

考虑面积和强度演变的温度异常分类。Part I通过3D DBSCAN算法框架所识别的气象干旱事件集，包含丰富的时空变化信息；因而，每个干旱事件所对应的同期温度异常也存在复杂且不协同的覆盖面积和强度变化。为此，本研究利用简单的季节尺度标准化温度指数，针对高温型、偏冷型、正常波动型三大类温度异常，借助空间覆盖比例、平均强度以及累积历时等三要素，采取具有优先级的执行准则，最终形成考虑覆盖面积和陆面平均强度的11个判断条件，实现对Part I中的气象干旱事件的温度异常类型划分。

Part 02.

沿海/内陆型干旱的温度异常类型分布。本文研究表明，近40年在全球范围内，热旱、冷旱、正常波动型干旱、混合型干旱的事件占比依次约为40%、10%、30%和20%。例如，典型的热旱有2015/16年南美洲大旱，冷旱有2011年长江中下游春夏大旱，正常波动型干旱有1986年美国春夏旱。年际分布上，近40年来全球气象干旱事件的总数逐渐增多，而热旱、冷旱分别呈现增加、减少趋势；月际分布上，冷旱发生在1–3月的冷季且常在40°N以外，热旱多集中在6–9月的暖季。空间分布上，就内陆型干旱而言，50°N以南以至南半球，多为热旱或正常波动型干旱。相比之下，沿海型干旱所对应的受旱格点常被热旱、冷旱、正常波动型干旱所遍历；值得说明的是，这样的沿海地区往往对应着较大的降水和温度变率，全球范围内主要是东亚季风区、西非季风区、澳洲东南部等五个区域。

Part 03.

干旱和温度异常的过程演变特征分析。一般地，针对极值点、发展/消退阶段的强度变化分析，能提供丰富的过程演变信息。然而，由于干旱与温度变化的多样性，以及两者过程演变的复杂性和异步性，使得这些关键参数难以简单确定。为此，本研究综合利用干旱及温度异常的覆盖面积及空间平均强度，获取上述关键参数，分析它们的统计联系，进而探讨温度异常在干旱发展、衰减阶段演变过程中的变化。研究表明，60%的热旱和75%的冷旱经历过超过0.5个标准差的温度异常强度变化，间接说明干旱发展过程中的温度异常演变的复杂特征。此外，80%的高温干旱，高温极值时刻落后于干旱极值点，表明干旱衰减阶段高温异常继续增强，典型事件如2011年的美国德州春夏秋连旱以及1988年美国大平原夏秋连旱。

总结与展望

Part II针对Part I所识别的全球气象干旱事件进行温度异常分类，探索其全球尺度时空分布规律，尝试定量回答“干旱是否总是伴随极端高温”这一科学问题。进一步地，针对干旱和温度异常的演变过程，Part II进一步探讨了它们极值点间的时滞关系、发生/衰减阶段强度变化的统计规律。相关研究成果可为后续致旱致热机理分析提供研究基础。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/olar.0017

文章标题：

Global Seasonal-Scale Meteorological Droughts. Part II: Temperature Anomaly-Based Classifications

文章作者：

Zhenchen Liu and Wen Zhou

文章摘要：

Although compound drought and heatwave extremes have recently drawn much attention, whether droughts are always concurrent with heatwaves remains unknown. Moreover, how temperature abnormalities evolve spatiotemporally during drought development and how their associated categories are distributed globally are not fully understood. Part II investigated this fundamental issue from the perspectives of temperature abnormality-based drought classification and statistical characteristics of process evolution. The major procedures and achievements were as follows. First, the detected global-scale drought events in Part I were employed and assigned to Hot, Cold, Normal, and Hybrid categories utilizing a self-designed temperature abnormality-based classification algorithm; the associated global-scale occurrences of these 4 event categories were approximately 40%, 10%, 30%, and 20%, respectively, and in turn, they displayed statistically significant (P value < 0.05) increasing, decreasing, decreasing, and increasing trends, respectively, during 1980 to 2020. The Hot and Normal types appeared mostly within 45°S to 45°N in warm seasons, with Cold types over mid-high latitudes in cold seasons. In relation to coastal/inland group differences, Hot and Normal types were the common major features of the 2 drought groups (i.e., inland and coastal), while most Cold types were mostly associated with coastal droughts. Second, through self-designed intensity-based parameters reflecting extreme values and phase variation, we found that 60% of Hot types and 75% of Cold types experienced prominent intensification with ~0.5 values of standardized temperature. Regarding approximately 80% of Hot types, hot extremes followed drought extremes. The achievements may provide robust event-based insights into the physical mechanisms behind global droughts and concurrent temperature anomalies.

文章引用：

Liu Z, Zhou W. Global Seasonal-Scale Meteorological Droughts. Part II: Temperature Anomaly-Based Classifications. Ocean-Land-Atmos.Res.2023;2:Article 0017. https://doi.org/10.34133/olar.0017

OLAR 期刊简介

Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 由南方海洋实验室和美国科学促进会合作出版，入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目，是海洋负排放国际大科学计划（Ocean Negative Carbon Emissions, ONCE）指定的官方唯一合作期刊。期刊以“服务科学研究，推动技术创新”为办刊宗旨，坚持发表高质量、高水平论文，力争成为具有较大影响力的国际一流学术期刊。本刊以海洋相关学科为重点，刊稿主题包括但不限于：海陆气相互作用、海洋碳中和、物理海洋学、海洋生物与生态、海洋地质与地球物理、化学海洋学、海洋气象学、大气物理与大气环境、冰冻圈科学、河口海岸学、海洋工程与海洋技术、海洋资源开发与利用。OLAR 投稿系统目前已正式开放，热烈欢迎相关研究领域科学家踊跃投稿。分享卓见，探索前沿，OLAR 诚邀您一起荟萃科学发现，共享学术盛筵！

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