第二節(jié)??干旱影響及其脆弱性

一、干旱對自然和人類社會的影響

干旱通過改變區(qū)域環(huán)境的水文過程、地球化學(xué)過程、生理生態(tài)過程及生物關(guān)系等，對區(qū)域社會和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，危及人類健康與生存、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，及自然資源存儲等。近幾十年，在全球氣候變化的大背景下，全球降水的不均一性增加，陸地生態(tài)系統(tǒng)遭受干旱事件的風(fēng)險(xiǎn)上升。同時(shí)由于人類社會的快速發(fā)展，社會水資源需求也發(fā)生增加，導(dǎo)致區(qū)域水資源問題及部門間水資源競爭問題惡化。干旱災(zāi)害成為了對區(qū)域社會和生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重威脅，逐漸引發(fā)全球各界的關(guān)注。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的危機(jī)預(yù)防與恢復(fù)局（United?Nations?Development?Programme/Burean?of?Crisis?Prevention?&?Recovery,?UNEP/BCPR）意識到全球許多地區(qū)尤其是非洲深受干旱的危害，因此若想實(shí)現(xiàn)針對人類發(fā)展脆弱性的全球應(yīng)對策略，則一定不能忽略干旱事件的影響（UNEP/BCPR,?2003）。世界銀行（World?Bank,?WB）關(guān)注到氣候變化對極端事件產(chǎn)生了明顯影響，如近幾十年全球的干旱面積可能在逐漸增加，且未來氣候變化可能還會增加許多地區(qū)的干旱頻次和干旱程度，提倡積極主動(dòng)進(jìn)行氣候變化管理（WB,?2012）。距聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（Food?and?Agriculture?Organization?of?the?United?Nations,?FAO）統(tǒng)計(jì)，干旱對農(nóng)業(yè)部門造成的危害明顯高于對其他部門。2006～2016年間干旱造成的破壞和損失中約有83%由農(nóng)業(yè)承擔(dān)，其中作物和牲畜受到的影響最大，且隨干旱發(fā)生的增加而對發(fā)展中國家的糧食安全構(gòu)成的威脅日益增大（FAO,?2018）。

（一）自然生態(tài)系統(tǒng)

干旱事件的增加和加劇，尤其是當(dāng)發(fā)生在生長季期間，不僅可能直接對生態(tài)系統(tǒng)過程造成破壞，還可能影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生長期且多樣化的影響，導(dǎo)致的后果包括但不限于生物量減少、碳匯下降、死亡率上升和多樣性喪失。這些干旱影響造成的后果往往隨干旱事件的頻次、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度的增加而趨于嚴(yán)重。生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力（Net?Primary?Productivity,?NPP）是單位時(shí)間內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)光合作用吸收的碳減去其呼吸作用所消耗的碳后的富余值，是衡量生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的重要指標(biāo)，受氣候等環(huán)境因子變化的制約。在全球變化背景下，氣候變暖和大氣二氧化碳濃度上升有助于增加全球NPP。然而在21世紀(jì)初，南半球大規(guī)模的周期性區(qū)域干旱事件與總體的干旱化趨勢使當(dāng)?shù)氐腘PP減少。因此雖然南半球NPP僅占41%，但其下降趨勢（–18.3億噸碳/10年）抵消掉了北半球的NPP增加（12.8億噸碳/10年），使全球NPP下降，對全球糧食安全和未來生物燃料生產(chǎn)造成威脅（Zhao?and?Running,?2010）。位于半干旱地區(qū)的草地生態(tài)系統(tǒng)尤其容易受到干旱的影響，如中國內(nèi)蒙古的草地生態(tài)系統(tǒng)NPP在干旱作用下顯著下降，而且草甸草原NPP減少得最多，典型草原次之，荒漠草原最少（Lei?et?al.,?2015）。值得注意的是，就算生態(tài)系統(tǒng)可以在干旱期間通過減少與生長無關(guān)的自養(yǎng)呼吸來使生長優(yōu)先化，使總NPP維持穩(wěn)定，但碳分配的不均衡化使植物在維護(hù)組織和防御組織方面的投入下降，可能轉(zhuǎn)而增加干旱過后的植物死亡率（Doughty?et?al.,?2015）。

生物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)的組成豐富性和過程復(fù)雜性的基礎(chǔ)，是決定生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要特征之一。根據(jù)保險(xiǎn)假說，生物多樣性更高的群落更可能包含某些在環(huán)境壓力下可存活以維持生態(tài)系統(tǒng)功能的物種（Yachi?and?Loreau,?1999）。因而高生物多樣性可有效抑制生態(tài)系統(tǒng)受到的環(huán)境擾動(dòng)影響。在干旱影響下，部分地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)壓力增加，死亡率上升。干旱致死的基本機(jī)制主要有兩種：一是當(dāng)干旱發(fā)生時(shí)，碳儲量和光合作用下降，使呼吸作用和成長消耗的碳供應(yīng)不足，引起碳饑餓；二是干旱發(fā)生時(shí)，蒸騰拉力超過木質(zhì)部內(nèi)部水柱的張力，形成氣穴現(xiàn)象，影響水分輸送（Mcdowell?et?al.,?2011）。最后植物因碳饑餓或缺水而死亡，且前者多發(fā)生在長持續(xù)時(shí)間的干旱下，后者多發(fā)生在高強(qiáng)度的干旱下。但干旱造成的植物死亡有滯后效應(yīng)，加上植物自我適應(yīng)和其他氣候要素的影響次序等，干旱致死機(jī)制難以評估。雖然森林生態(tài)系統(tǒng)的龐大根系可以通過吸收地下水和保持充足的水分來減輕生態(tài)系統(tǒng)對瞬時(shí)干旱的脆弱性（Teuling?et?al.,?2010），使其抗旱能力較草地生態(tài)系統(tǒng)高，但在大型干旱事件的壓力下，全球范圍內(nèi)發(fā)生了許多樹木死亡率上升事件（Allen?et?al.,?2010;?Jordi?et?al.,?2012），尤其是淺根小樹、年齡太大的樹林、過于稠密的樹林或物種豐富度較低的樹林，對干旱響應(yīng)的表現(xiàn)更為脆弱（Klos?et?al.,?2009;?Young?et?al.,?2017）。但是森林的干旱致死率是否普遍發(fā)生增加仍存在爭議（Steinkamp?and?Hickler,?2015）。隨著影響程度的增加或累積，干旱脅迫的相關(guān)后果可以在個(gè)體—物種—種群—生態(tài)系統(tǒng)等層面逐漸發(fā)生，帶來森林枯死（Sangüesa-?Barreda?et?al.,?2015）、樹冠坍塌（Matusick?et?al.,?2013）、草地退化等嚴(yán)重事件（Liu?et?al.,?2017），可能會在全球范圍內(nèi)改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和分布。同時(shí)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性將受到威脅，特別是受水分條件制約的物種或生態(tài)型（Esquivel‐Muelbert?et?al.,?2017）。而如果生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性下降到一定程度，則其抵抗干旱等災(zāi)害的能力也可能下降（Wagg?et?al.,?2017），進(jìn)而可能形成導(dǎo)致生態(tài)功能損失的惡性循環(huán)。另一方面，干旱事件對生態(tài)系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)起到洗牌的作用。物種間對干旱事件響應(yīng)的差異將改變物種競爭的格局。

（二）農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)是人類社會產(chǎn)業(yè)中受干旱影響最為嚴(yán)重的部門之一。農(nóng)業(yè)干旱影響全球的食物產(chǎn)量和質(zhì)量，威脅糧食安全。糧食是人類社會生存的重要基礎(chǔ)。干旱可能難以直接對人造成傷亡，但可通過糧食不安全間接形成影響。因此對農(nóng)業(yè)干旱的研究、檢查和管理也是對人類健康和生命的保障，有助于社會穩(wěn)定。中國是具有悠久農(nóng)耕文明歷史的農(nóng)業(yè)大國，以世界7%的耕地供養(yǎng)世界20%的人口，同時(shí)也是世界上重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)大國。然而，中國氣候格局呈現(xiàn)出北方易遭旱災(zāi)、南方旱澇并發(fā)的特征。大范圍的干旱災(zāi)害連年頻發(fā)。干旱災(zāi)害正嚴(yán)重威脅著中國糧食和生態(tài)安全，已成為制約中國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。中國西北地區(qū)位于北半球中緯度地帶，地處歐亞大陸腹地。該地區(qū)絕大部分面積處在干旱和半干旱氣候區(qū)，地表干燥。所以，西北地區(qū)空中云水資源相對稀缺，水分內(nèi)外循環(huán)均不太活躍，不僅年平均降水少，而且降水的氣候波動(dòng)很大，是中國最容易發(fā)生干旱災(zāi)害的區(qū)域。每年干旱造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)國內(nèi)生產(chǎn)總值（Gross?Domestic?Product,?GDP）的4%～6%（張強(qiáng)等，2015）。東北和華北干旱化是當(dāng)前所面臨最嚴(yán)重的環(huán)境問題。干旱導(dǎo)致可利用水資源的嚴(yán)重匱乏（馬柱國等，2003）。而上述地區(qū)多為中國主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)。因此，中國農(nóng)業(yè)的氣象災(zāi)害管理尤為重要（王丹丹等，2018）。

干旱災(zāi)害對中國農(nóng)業(yè)的糧食作物（水稻、小麥、玉米、薯類、雜糧）和經(jīng)濟(jì)作物（棉花、油料作物、糖料作物、經(jīng)濟(jì)林果與蔬菜）的產(chǎn)量與品質(zhì)產(chǎn)生了不同程度的影響，其中對小麥和玉米的影響尤為嚴(yán)重。1978～2016年，中國農(nóng)作物的年均旱災(zāi)受災(zāi)面積達(dá)2?267.56萬公頃，高于水災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)和冷凍災(zāi)的受災(zāi)面積，占農(nóng)作物總受災(zāi)面積的52%。雖然近幾十年旱災(zāi)的受災(zāi)面積呈減少趨勢，但旱災(zāi)的成災(zāi)面積呈增加趨勢。旱災(zāi)對農(nóng)作物帶來的巨大消極影響不僅體現(xiàn)在影響面積上，還體現(xiàn)在造成的經(jīng)濟(jì)損失量上。1978～2015年，中國各大糧食區(qū)的農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)災(zāi)損超萬億，其中旱災(zāi)損失占比約51%，高于水災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)和冷凍災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)中華人民共和國水利部統(tǒng)計(jì)公布的《中國水旱災(zāi)害公報(bào)（2018）》（http://www.?mwr.gov.cn/），2018年中國共有25省（自治區(qū)、直轄市）發(fā)生干旱災(zāi)害，作物受災(zāi)面積7?397.21千公頃，作物成災(zāi)面積3?667.23千公頃，因旱糧食損失156.97億公斤，因旱直接經(jīng)濟(jì)損失483.62億元。由此可見，干旱災(zāi)害對中國農(nóng)業(yè)影響廣泛且造成的損失巨大，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的健康發(fā)展形成阻礙。

基于農(nóng)業(yè)干旱受災(zāi)面積、成災(zāi)面積和糧食損失的數(shù)據(jù)分析表明，中國農(nóng)業(yè)旱災(zāi)的空間分布還表現(xiàn)出地理聚集的局部空間自相關(guān)（Wang?et?al.,?2019）。北方（內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省、黑龍江省、遼寧省、山西省、河北省、山東省、陜西省、河南省）是主要的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)聚集地，尤其是在黃河流域及其以北地區(qū)。此外，由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)在過去的發(fā)展歷程中受限于水資源問題的壓力，對水資源的利用可能走過一些彎路。以黃淮海平原為例，當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)用水原先主要是粗放灌溉形式，而隨著水資源的日益緊張和人口增長帶來的糧食壓力（農(nóng)業(yè)灌溉用水規(guī)模增加），轉(zhuǎn)而發(fā)展成地下水開采形式。但這種形式無異于飲鴆止渴。當(dāng)?shù)氐牡叵滤┒吩谠馐荛L期的地下水開采后嚴(yán)重?cái)U(kuò)大（Su?et?al.,?2020），使水資源壓力進(jìn)一步增大。而今在宏觀規(guī)劃和科學(xué)指導(dǎo)下，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水發(fā)展為節(jié)水灌溉的形式，使水資源得以在可持續(xù)利用的前提下充分發(fā)揮其作用（于靜潔和吳凱，2009），同時(shí)國家的南水北調(diào)東線工程合理地緩解了受水沿線的水資源緊缺狀況（趙勇等，2002）。然而，黃淮海地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水的可持續(xù)發(fā)展仍不樂觀，旱災(zāi)仍會帶來嚴(yán)重的作物損失（Wang?et?al.,?2019）。

（三）社會經(jīng)濟(jì)的其他方面

干旱還影響社會經(jīng)濟(jì)的其他方面，其中最直接的影響包括飲用水減少和質(zhì)量下降。根據(jù)中華人民共和國水利部統(tǒng)計(jì)公布的《中國水旱災(zāi)害公報(bào)（2018）》（http://www.mwr.gov.cn/），2018年中國因旱災(zāi)導(dǎo)致的農(nóng)村飲水困難人口達(dá)306.69萬人，多分布于西南地區(qū)、東南地區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)。除了直接導(dǎo)致飲用水困難之外，干旱災(zāi)害還間接通過降低牧場草地和飼料作物的產(chǎn)量對畜牧業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)造成損失。干旱災(zāi)害給旅游業(yè)方面帶來的影響主要有四個(gè)方面：一是影響游客旅游的體感舒適度；二是可能改變原本的自然物候規(guī)律，使與物候有關(guān)的自然文化節(jié)日提前、推遲或缺失；三是惡化與自然生態(tài)相關(guān)的旅游景觀，降低景觀價(jià)值；四是通過改變農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、種類與質(zhì)量安全等影響飲食文化。此外，干旱還會通過減少徑流量影響水上交通運(yùn)輸和水力發(fā)電工程，通過影響水和食物來源影響人類的身體和心理健康，造成資源、經(jīng)濟(jì)、人力、精神等多方面的損失。

二、干旱脆弱性及其影響因素

區(qū)域干旱脆弱性評估對當(dāng)?shù)厮Y源管理和抗旱防旱具有重要意義。脆弱性本質(zhì)上難以定義和衡量，可理解為系統(tǒng)因承受災(zāi)害而受到不利影響的傾向或易感性（IPCC,?2012），是對系統(tǒng)無法適應(yīng)災(zāi)害沖擊的負(fù)面影響程度的反映（Füssel?and?Klein,?2006;?Mohmmed?et?al.,?2018）。干旱脆弱性的差異可能使具有相同危險(xiǎn)性特征的干旱事件對于不同的生態(tài)系統(tǒng)或群落意味著不同程度的風(fēng)險(xiǎn)（Vicente-Serrano?et?al.,?2012a）。同樣地，根據(jù)主要經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和人口對長期缺水的脆弱性，干旱的影響特點(diǎn)在不同國家甚至在一個(gè)國家內(nèi)部都有明顯的不同（Sivakumar?et?al.,?2014）。在涉及干旱脆弱性的相關(guān)研究領(lǐng)域，許多研究只關(guān)注脆弱性的經(jīng)濟(jì)或農(nóng)業(yè)因素，而忽略了健康和社會發(fā)展等其他方面。考慮到干旱對發(fā)展不均衡區(qū)域的破壞性影響，必須盡可能多地考慮各種因素。通過統(tǒng)計(jì)方法（如巴克邁爾等（Bachmair?et?al.,?2016））建立的干旱指數(shù)與干旱影響之間的關(guān)系可用于干旱風(fēng)險(xiǎn)評估和脆弱性評估，但在選擇相關(guān)因素時(shí)需要對研究區(qū)域有脆弱性方面的專家知識。由于干旱對不同區(qū)域自然和人力資源的影響是不同的，因此不可能確定一種適合所有區(qū)域的干旱脆弱性的衡量方法。

對于自然生態(tài)系統(tǒng)來說，區(qū)域的水資源狀況和植被結(jié)構(gòu)類型很大程度上決定著對干旱的脆弱性。若生態(tài)系統(tǒng)可獲取的地表水和地下水等水資源豐富，則在同樣程度的干旱影響下可能比水資源稀缺地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)有較低的敏感性。生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性可以通過其在災(zāi)害和正常條件下的表現(xiàn)差異來表征（Van?Oijen?et?al.,?2013;?Van?Oijen?et?al.,?2014）。植被生態(tài)系統(tǒng)的干旱脆弱性差異具有多樣性，生態(tài)系統(tǒng)類型、群落、物種、密度、多樣性、樹齡，以及溫度條件和土壤條件等方面的差異均可能導(dǎo)致對干旱脅迫有不同的響應(yīng)策略或忍耐程度，進(jìn)而產(chǎn)生不同的干旱脆弱性表現(xiàn)（Choat?et?al.,?2012;?Allen?et?al.,?2015;?Gremer?et?al.,?2015;?Bottero?et?al.,?2017;?Yuan?et?al.,?2017）。植被在干旱期間的水資源獲取能力和對非干旱期間水資源的存儲能力在一定程度上影響著干旱脆弱性表現(xiàn)。例如，森林生態(tài)系統(tǒng)可以通過龐大而深的根系吸收地下水并保持充足的水分，因此對短期干旱事件的脆弱性較低（Teuling?et?al.,?2010）。而若是一個(gè)淺根系的草原生態(tài)系統(tǒng)，則可能對同樣的短期干旱事件有較高的脆弱性（Propastin?et?al.,?2008）。此外，同樣的承險(xiǎn)對象面對不同危險(xiǎn)性特征的干旱事件，如不同時(shí)間尺度、不同持續(xù)時(shí)間或不同強(qiáng)度的干旱，可能有不一樣的脆弱性（Deng?et?al.,?2020a）。把不同干旱特征下的脆弱性計(jì)算出來，則脆弱性隨干旱特征的變化曲線即為干旱脆弱性曲線，是進(jìn)行干旱風(fēng)險(xiǎn)評估與管理等研究或工作的重要內(nèi)容。

經(jīng)濟(jì)社會在干旱影響下的脆弱性同樣涉及多方面要素，但由于研究領(lǐng)域或目的的差異，學(xué)者們對具有影響脆弱性的要素具體有哪些則存在分歧。雖然對脆弱性的具體影響要素可能有很多，但從框架體系上分析則基本是對暴露度、敏感性、應(yīng)對能力或適應(yīng)能力等方面的一些度量（Birkmann,?2007;?Glick?and?Stein,?2011）。需要注意區(qū)別的是，這里涉及到關(guān)于暴露度的度量，是指一些變量的暴露度特征會影響到脆弱性，而不是關(guān)于對應(yīng)變量的暴露度計(jì)算，如人口增加不僅增加了暴露度，還可能會增加脆弱性。根據(jù)聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略署（United?Nations?Office?for?Disaster?Risk?Reduction,?UNISDR）提出的脆弱性框架，脆弱性的影響因子包含各種物理、社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素，而且具有個(gè)人、社區(qū)、資產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施等維度（UNISDR,?2004,?2009）。在類似框架下許多學(xué)者開展了干旱脆弱性評估研究，其脆弱性指標(biāo)的選擇反映出對干旱脆弱性影響因子的理解，即影響干旱脆弱性的影響因素可主要?dú)w類于經(jīng)濟(jì)、社會、水資源管理、基礎(chǔ)設(shè)施等方面。有些研究還會把社會方面中與健康相關(guān)的指標(biāo)單獨(dú)歸為健康一類，或把基礎(chǔ)設(shè)施和水資源管理方面的部分指標(biāo)歸類為基礎(chǔ)設(shè)施與技術(shù)發(fā)展一類（Nauman?et?al.,?2014;?王鶯等，2014;?Carr?o?et?al.,?2016;?Tánago?et?al.,?2016;?Jorge?et?al.,?2017;?Naumann?et?al.,?2019）。

一般來說，經(jīng)濟(jì)方面的人均GDP、人均國民總收入（Gross?National?Income,?GNI）、經(jīng)濟(jì)儲備、能源使用、保險(xiǎn)等用于反映區(qū)域的經(jīng)濟(jì)能力，社會方面的人類發(fā)展指數(shù)、行政效率、機(jī)構(gòu)能力、平均壽命、就業(yè)率、醫(yī)療衛(wèi)生等反映區(qū)域的社會福利或保障等狀況；水資源管理方面的單位面積降水、水資源總量、灌溉面積占比、單位面積灌溉用水、灌溉設(shè)備配給、機(jī)電排灌面積等通常與較低的水資源管理壓力或較高的水資源管理效率相關(guān)。基礎(chǔ)設(shè)施與技術(shù)發(fā)展方面的供水基礎(chǔ)設(shè)施、水庫庫容、路網(wǎng)密度、移動(dòng)手機(jī)用戶占比、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、單位耕地面積化肥消耗、節(jié)水灌溉設(shè)備、耐旱抗旱作物等反映與應(yīng)對干旱相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施狀況與技術(shù)能力等。這些指標(biāo)的增加可降低干旱脆弱性。相反地，經(jīng)濟(jì)方面的農(nóng)業(yè)GDP占比、貧困率等則反映社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展或結(jié)構(gòu)的相對弱點(diǎn)。社會方面的人口、人口密度、農(nóng)業(yè)人口占比、失業(yè)率、文盲率、難民人口、孕婦死亡率、嬰幼兒死亡率等反映社會壓力狀況。水資源管理方面的總用水占水資源總量的比例、農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比例、耕地面積等通常與較高的水資源管理壓力相關(guān)。這些指標(biāo)越高則干旱脆弱性可能越高。當(dāng)然，這些指標(biāo)中有部分對干旱脆弱性的影響還存在爭議，而且不同區(qū)域的干旱脆弱性評估可能有側(cè)重采用的指標(biāo)組合。以上指標(biāo)固然較為全面，但由于在開展評估工作時(shí)需要考慮指標(biāo)的可獲取性和冗余性，所以用于干旱脆弱性評估工作的指標(biāo)可能并沒有涵蓋影響干旱脆弱性的所有因素。