农业骤旱：突然的“烤”验！
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说到干旱，大家会想到“烈日炎炎，赤地千里”的景象。不过，目前人类对干旱有了一些办法，比如能够在一定程度上预测干旱发生、提前做好应对工作。但是，有一种特殊的“干旱”，暂时人们对它还没什么办法……这种特殊的干旱就是“骤旱”。
得克萨斯州的玉米受到干旱的影响
（来源：wikipedia）
骤旱？突出一个“骤”字
对大家来说，最熟识是“干旱”，但对“骤旱”这一概念，多数人对此不还太了解。
干旱，是一种缓慢发展的气候现象，往往是由降水亏缺引起，需要数月甚至更长的时间才能达到强度和范围上的最大值。
骤旱，在英文中被称为“flash drought”，即如闪电般的干旱。骤旱历时较短，通常仅有二十几天，发展迅速、预见期短、强度大、破坏性强[1]，是一类特殊的干旱现象。骤旱概念的“雏形”在2002[2]年被提出, 自2012年美国发生大范围骤发干旱以来，一些学者陆续提出“骤旱”的定义[3]。
目前国内外关于“骤旱”的研究处于起步阶段。大多数研究认为，植被根区土壤湿度快速下降到低于某一阈值则认为爆发骤旱[4]，因农作物在生长过程中需要水分的供应，土壤湿度决定了农作物的水分供应状况。当土壤湿度过低时，形成土壤干旱，作物的光合作用就不能正常进行，尤其在传粉受精或灌浆期等农作物生长关键阶段，骤旱虽持续时间短，但由于水分的缺少会导致农降低作物的产量和品质，严重缺水导致作物凋萎和死亡[5][6]。
图片显示了2021年期间美国西北部和中北骤旱造成的各种影响，（a）蒙大拿州中部的春小没有足够的雨水发芽；（b）蒙大拿州中部放牧严重的牧场；（c）华盛顿州东南部冬小麦生长不良；（d）南达科他州中部的发生的一场草地大火。（图片来源：文献[7]）
骤旱持续时间短，危害不大？
说到农业干旱，大家基本上想到“浇水”来解决干旱进行及时补救，觉得农业干旱带来的损失是可以接受的，那农业骤旱相较与农业干旱发生的时间还短些，是不是比农业干旱造成的危害还要小呢？
答案：不是的！
随着全球气候变暖趋势的不断加剧，骤旱发生的强度以及频率正在逐渐增加。近年来，骤旱在全球范围内频频发生，骤旱发生带来的损失不容小觑。（极端降雨和高温，正在让粮食减产）
2012年美国中部骤旱，影响了美国80%的农业用地，造成了约312亿美元（约合人民币2107亿元）的作物损失[7]。例如，芝加哥期货交易所大豆和玉米价格迭创纪录新高，小麦价格也上涨了40%。当时世界银行统计显示，全球粮食价格在2012年7月猛涨10%，玉米和小麦价格均上涨25%，黄豆价格也上涨了17%。
2013年中国长江中下游骤旱[8]导致多省市农作物共受灾8021千公顷、绝收1123千公顷，连饮用水供给都出现困难。在旱灾最为严重的湖南省，蔬菜价格近1个月左右的时间，涨幅高达20%到30%。
还有，2023年8月8日美国夏威夷州毛伊岛爆发的严重山火，新闻报道中提到 “骤旱”是爆发的严重山火灾情的诱因之一。
全球进入“沸腾时代”，骤旱增加
随着全球气候变暖（全球沸腾的时代到来了），骤旱的发生可能会成为一种“新常态”，是一种挑战和必须解决的难题。难题必须从“根源”解决—根区土壤水分（土壤湿度）。
根区土壤水分是植被水分的直接来源，对其它气候因素(如降水和温度)的变化高度敏感，根区土壤湿度异常在反映骤旱的发生和确定其影响方面具有独特的优势[10][11]，因此，可以将土壤湿度作为一个综合变量来反映农业骤旱风险的变化。
英国雷丁大学Emily Black教授长期从事气候变量之间复杂的相互作用以及它们对生态系统的影响，特别关注于干旱问题，她最新发表的文章《Global Change in Agricultural Flash Drought over the 21st Century》揭示了21世纪农业骤旱可能急剧增加这一令人担忧的情况。
Black教授利用CMIP6（第六次国际耦合模式比较计划）模型，模拟2060-2090年相较1960-1990年预测平均根区土壤湿度变化(左图)，预计大部分中高纬度地区的土壤湿度将下降，农业骤旱发生的频率将会增加。
（右图）比较了2060-2090年和1960-1990年预测平均根区土壤湿度变化（图源：文献[12]）；（左图）预测2040-2060年中国平均骤旱严重程度百分比变化（图源：文献[13]）
针对中国地区，Yuan[13]等模拟了中国未来骤旱严重程度百分比变化，预计中国南方和东北部分地区的骤旱严重程度将显著增加，这表明这些地区的农业骤旱严重程度也随之增加。
Black还表示“了解农业骤旱动态至关重要，因为这件事可能对环境和粮食生产产生深远的影响。”
(图片来源：University of Reading Malaysia官网报道)
农业是国民经济的基础，在骤旱发生频率越来越频繁的背景下，提高对骤旱现象的预测和防范是保证粮食安全前提。
骤旱与持续较长时间的土壤水分不足之间有着极具密切的相关性，这也可能是预测农业骤旱和保证粮食安全的能力的关键。未来的工作应侧重于了解骤旱和持续性土壤水分缺乏之间的相互作用，可以通过提高水资源管理效率、推广节水措施、发展可再生能源、加强农业灌溉效率、建立干旱监测和预警系统……来减缓和预测骤旱的发生。
参考文献：
[1]Gou, Q., Zhu, Y., Lü, H., Horton, R., Yu, X., Zhang, H., ... & Yuan, F. (2022). Application of an improved spatio-temporal identification method of flash droughts. Journal of Hydrology, 604, 127224.
[2]Otkin, J. A., Anderson, M. C., Hain, C., Svoboda, M., Johnson, D., Mueller, R., ... & Brown, J. (2016). Assessing the evolution of soil moisture and vegetation conditions during the 2012 United States flash drought. Agricultural and forest meteorology, 218, 230-242.
[3]纪瑞鹏,于文颖,冯锐等.骤发干旱对农作物生长过程的影响机制与评估研究进展[J].生态学杂志,2023,42(11):2737-2746.
[4]叶天,余锦华,叶梦茜,谢洁宏.中国区域性骤发干旱特征分析[J].气象科学,2021,41(3):295-303.
[5]Hunt, E. D., Svoboda, M., Wardlow, B., Hubbard, K., Hayes, M., & Arkebauer, T. (2014). Monitoring the effects of rapid onset of drought on non-irrigated maize with agronomic data and climate-based drought indices. Agricultural and Forest Meteorology, 191, 1-11.
[6]Barnabás, B., Jäger, K., & Fehér, A. (2008). The effect of drought and heat stress on reproductive processes in cereals. Plant, cell & environment, 31(1), 11-38.
[7]Otkin, J. A., Woloszyn, M., Wang, H., Svoboda, M., Skumanich, M., Pulwarty, R., ... & Cravens, A. E. (2022). Getting ahead of flash drought: from early warning to early action. Bulletin of the American Meteorological Society, 103(10), E2188-E2202.
[8]袁星,王钰淼,张苗等.关于骤旱研究的一些思考[J].大气科学学报,2020,43(06):10861095.
[9]夏威夷山火已致55人死亡千人失联，“气变”是灾难背后的重要推手
[10]Osman, M., Zaitchik, B. F., Badr, H. S., Christian, J. I., Tadesse, T., Otkin, J. A., & Anderson, M. C. (2021). Flash drought onset over the contiguous United States: sensitivity of inventories and trends to quantitative definitions. Hydrology and Earth System Sciences, 25(2), 565-581.
[11]Zhang, M., & Yuan, X. (2020). Rapid reduction in ecosystem productivity caused by flash droughts based on decade-long FLUXNET observations. Hydrology and Earth System Sciences, 24(11), 5579-5593.
[12]Black, E. (2023). Global change in agricultural flash drought over the 21st century. Advances in Atmospheric Sciences, 1-12.
[13]Yuan, X., Wang, L., Wu, P., Ji, P., Sheffield, J., & Zhang, M. (2019). Anthropogenic shift towards higher risk of flash drought over China. Nature communications, 10(1), 4661.
作者：陈冬婕
作者单位：中国科学院大气物理研究所
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