全球变暖正在深刻改变陆地水循环过程，加剧全球多个地区的干旱和极端高温风险。然而，区域气候变化并不总是表现为缓慢、渐进的过程。在外部气候强迫、内部气候变率及陆气相互作用的共同影响下，气候系统可能在较短时间内由一种相对稳定的状态转向另一种状态，并在较长时间内维持新的气候特征。半干旱地区处于湿润与干旱气候区的过渡地带，对气候变化尤为敏感，土壤水分与大气之间的相互作用还可能进一步放大气候异常。然而，全球变暖背景下，半干旱地区是否已经发生持续性的气候状态突变，以及外部强迫、内部变率和陆气反馈在其中分别发挥何种作用，仍是区域气候变化研究中亟待解决的重要科学问题。

近日，中国科学院大气物理研究所联合云南大学、首尔国立大学和韩国科学技术研究院，围绕欧亚草原西部的长期气候变化及其物理机制开展研究。研究团队综合利用百年尺度气候观测资料、再分析数据、大样本集合模拟及陆气耦合数值试验，发现欧亚草原西部在过去几十年间发生了显著且持续的暖干气候状态突变，并揭示了外部气候强迫、内部气候变率及土壤水分—大气正反馈在这一过程中的重要作用。相关成果发表于Nature Geoscience，题为“An abrupt shift towards a hotter and drier climate regime in the Western Eurasian Steppe”。

研究发现，欧亚草原西部自20世纪90年代初以来经历了显著的夏季干旱化，并在2006年前后发生统计上显著的气候状态突变（图1）。突变后，该地区由此前相对湿润的气候状态转向更加干旱和炎热的状态，且这一暖干状态持续至今。值得注意的是，近年来的干旱程度已超出过去百年气候变率的范围，表明这一变化已明显区别于历史上的常规气候波动。与传统意义上逐渐增强的干旱化趋势不同，该地区表现出由一个相对稳定的气候状态向另一个持续暖干状态的快速转变。这一发现为全球变暖背景下区域气候可能发生非渐进式变化提供了重要的观测证据。

为揭示这一气候突变的驱动机制，研究团队利用大样本集合模拟，区分了外部气候强迫与内部气候变率对区域干旱化的贡献。结果表明，外部气候强迫推动了欧亚草原西部的长期干旱化，而内部气候变率则显著放大了20世纪90年代以来的干旱趋势。与内部气候变率相关的大尺度大气环流异常进一步加剧了区域水分亏缺，使干旱化在相对较短的时间内迅速增强。这说明，区域气候变化并非对全球变暖的简单线性响应，而是受到外部强迫与内部气候变率的共同调节。当内部气候变率与外部强迫引起的长期变化相互叠加时，可能显著加速区域干旱化进程，为气候状态的快速转变创造有利条件。

除大气环流变化外，土壤水分—大气正反馈是放大区域暖干变化的重要物理机制。随着土壤水分持续下降，地表蒸散发受到抑制，蒸发冷却作用减弱，更多地表可用能量转化为感热通量，从而加剧近地面增暖和极端高温。与此同时，该地区土壤水分与气温之间的耦合关系显著增强，表明土壤水分亏缺对地表温度变化的调节作用日益突出。这种土壤水分减少、蒸发冷却减弱与地表增暖相互强化的正反馈过程，使初始的干旱异常得到进一步放大，并可能增强暖干气候状态的持续性。

为进一步检验陆气反馈在气候状态突变中的作用，研究团队分析了陆面模式比较计划（LS3MIP）的数值试验结果。研究对比了保留土壤水分—大气交互作用与抑制该交互作用的两类模拟试验，发现两者在气候突变特征上存在显著差异：在保留陆气耦合的试验中，大部分模式可以模拟出1990年之后的显著气候状态突变；而在抑制土壤水分—大气交互作用的对应试验中，均未检测到同期显著突变。这一结果为陆气反馈在区域气候突变中的作用提供了重要的数值试验证据，表明土壤水分—大气相互作用不仅能够放大区域干旱和高温异常，还可能在促进持续性暖干气候状态形成的过程中发挥重要作用。

该研究从长期观测、气候归因和陆气耦合数值试验等多个方面，揭示了欧亚草原西部由相对湿润向持续暖干气候状态的显著突变及其物理机制。研究表明，全球变暖背景下的区域气候变化并非总是平稳、渐进的，外部气候强迫与内部气候变率的叠加可能推动区域干旱化快速加剧，而土壤水分—大气正反馈则可能进一步放大并维持暖干异常。由于全球多个半干旱地区均具有较强的陆气耦合特征，这一发现对认识其他气候敏感地区潜在的快速气候变化风险具有重要启示。研究强调，未来气候预测与风险评估不仅需要关注长期增暖和干旱化趋势，还应充分考虑内部气候变率及陆气反馈引起的非线性响应，以提高对区域气候突变及其生态环境影响的认识和预警能力。

论文第一作者为中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室朴金玲副研究员，通讯作者为首尔国立大学Jong-Seong Kug教授和云南大学陈文教授。合作者包括韩国科学技术研究院Mi-Kyung Sung高级研究员、中国科学院大气物理研究所陈尚锋研究员、北京大学王志凯博士、云南大学蔡晴宇博士以及首尔国立大学Danbi Lee博士。

文章信息：

Piao, J., Kug, J.-S.*, Chen, W.*, Sung, M.-K., Chen, S., Wang, Z., Cai, Q., Lee, D., 2026: An abrupt shift towards a hotter and drier climate regime in the Western Eurasian Steppe. Nature Geoscience. https://doi.org/10.1038/s41561-026-02125-8.

图1. 欧亚草原西部夏季干旱化及其气候状态突变。（a）1991–2020年夏季标准化降水蒸散指数（SPEI）的变化趋势，阴影线表示通过95%置信水平显著性检验的区域，红色边框表示研究区域；（b）不同观测数据集揭示的区域平均夏季SPEI长期变化，显示20世纪90年代以来显著的干旱化趋势；（c）1901–2020年不同20年时段夏季SPEI的概率分布，表明近期干旱程度已超出历史气候变率范围，揭示区域气候向持续干旱状态的显著转变。