干旱是自然界的异常现象，具有频率高、持续时间长、影响区域广的特点。其形成机制复杂而深刻，是全球气候变化背景下对农业生产、生态环境和社会经济发展影响最为深远的自然灾害。我国每年因干旱灾害导致粮食减产数百至数千万吨，严重制约了社会经济的可持续发展和生态文明建设。因此，干旱一直是地球科学和生态学家研究的热点问题之一。对干旱的准确监测、及时预警和高效预防，是从事干旱气象研究的科学家们毕生的努力。
曾就读于被誉为中国气象人才摇篮的南京气象学院，并在甘肃省气象局不断经历和成长。现任中国气象局兰州干旱气象研究所研究员，甘肃省基础研究创新组组长，第八届甘肃省科学技术协会会员、中国气象学会干旱气象专业委员会委员岳平带领团队研发基于现代观测系统的雨养农业生态系统干旱监测预警技术。深入研究干旱对黄河上游重点水源涵养区生态环境的影响机理及其监测预警。研究结果为甘肃省重大旱灾防灾减灾和生态环境治理提供了重要的技术支撑。
作为主要从事陆气相互作用和干旱灾害机理研究的省创新组组长，岳平带领课题组沿着夏季风延伸和进退方向，构建了十字形陆气相互作用观测系统，构建了一套适合我国干旱地区的陆面过程参数化方案。通过观测和实验研究，揭示了半干旱地区生态系统的水-热-碳耦合机制，找到了水分利用效率随干旱强度的转换规律，找到了沙漠化地区与沙漠腹地产沙物理特性的差异。创新研究成果多次获得省部级基础研究和科技进步奖。
雨养农业生态系统的干旱监测
作为承担干旱气象优势领域重点研究任务和区域共性关键技术研究的国家级科研院所，中国气象局兰州干旱气象研究所紧紧围绕现代气象服务发展需求和专业定位，以加强气象科技创新、突破气象核心技术和区域共性关键技术、提高科技支撑能力、充分发挥科技引领和辐射作用为目标，围绕区域气象服务和现代气象服务发展中的关键科技问题，深入开展应用基础研究和技术研发，着力解决我国干旱气象服务发展急需的科技前沿和重大关键科技问题。
在岳平看来，目前主要从大气环流的角度揭示了重大干旱形成发展的物理机制，很少考虑陆空相互作用的反馈过程对干旱的影响，导致对重大干旱的发生发展演变和形成机制研究不够深入。此外，多源数据和新技术在干旱监测预警中的整合应用不足，是制约干旱气象服务发展的重要瓶颈。特别是在我国西北地区，旱作农业生态区完全依赖自然降水，干旱对农业生态系统的影响十分突出。开展雨养农业生态系统的干旱观测与监测研究是一个迫切而重要的科学问题。
自2007年以来，岳平河团队综合分析了西北地区干旱的自然规律，以及地表植被和海温变化对干旱的影响机制，研究了作物生长层水热转化过程对农业生态系统干旱的作用机制，揭示了干旱胁迫下半干旱生态系统水热耦合机制和碳水化合物的转化特征。通过科学实验，他们还发现了半干旱地区凝结水的形成机制及其对水量平衡的影响，建立了作物生长层水热转化关系，揭示了半干旱地区植被恢复对土壤蓄水和水分利用的规律，发现了地表水分和热量交换的年际变化主要受有效降水频率的影响，揭示了半干旱草原生态系统水、热、生命的耦合机制，发现了水分利用效率随干旱强度的转换规律。
一系列研究不仅为干旱监测预警提供了重要的技术支持，也为气候变化背景下的生态治理和环境修复提供了理论依据。团队基于干旱监测技术结合强制数据生成和干旱等级百分位数判断的研究，开发了陆面过程模型干旱监测业务系统，将干旱监测时间提前了3天，干旱监测精度提高了10%。这一成果已在我国北方多个省份推广应用。成果发表在国内外高影响力学术期刊上，如Agric For Meteorol、J Hydrology、Bound-Layer Meteorol、Sci China-Earth Sci、Science Bulletin等。干旱监测技术和服务产品等一系列创新成果，极大地提高了我国干旱灾害和干旱致灾的研究水平，提升了我国干旱灾害监测观测的技术手段和业务能力，为地方政府提供了重要的决策依据，获得了甘肃省科技进步二等奖。
干旱对黄河上游重点水源保护区生态环境的影响
黄河流域生态治理和高质量发展是重大国家战略，黄河上游是重点供水区和国家生态安全屏障。黄河上游的重点补给区位于寒冷干旱地区。由于特殊的地理气候环境，该地区的生态环境和水资源对干旱气候的变化非常敏感。开展干旱对黄河上游重点补给区生态环境的影响及其监测预警技术研究，对于生态环境保护、水资源合理开发和防灾减灾能力提高具有重要意义。但由于自然条件和经济发展的制约，区域内气象观测站较少，缺乏陆地生态系统长期定位观测，限制了对黄河上游重点供水区干旱与陆地生态系统水热交换和碳循环机制的认识，严重制约了区域气候数值模拟能力和干旱监测预警技术的提高。
因此，针对干旱对生态系统的影响和黄河上游重点供水区监测预警的技术难题，岳平河团队以定位观测为手段，在黄河上游重点供水区碳循环和水循环过程、干旱多尺度特征和生态系统干旱监测预警技术等方面进行了一系列理论和技术创新， 理论分析和数值模拟，利用黄河上游重点供水区综合观测数据、气象站观测数据、陆面网格同化数据、MODIS遥感数据以及陆面过程和区域气候模型。 例如，开发了基于综合观测的陆面参数化方案和土壤水分遥感产品评估新方法，有效解决了高原地区观测不足的问题；定量评估了黄河上游供水区主要陆地生态系统的碳收支，揭示了干旱影响碳交换和水分利用效率的机制。揭示了植被状况对区域气候变化的响应及其对午后对流降水的影响机制，加强了对寒冷干旱地区土壤-植被-大气相互作用对区域气候影响的科学认识；本文研究了黄河上游重点供水区气候的多尺度特征，极端天气事件的变化规律，以及黄河上游重点供水区未来情景的预测。
成果深入应用于黄河上游重点供水区旱情监测预警、水利部黄河委流量预报、第三次全国水利等重大业务和技术服务，产生了良好的社会效益和经济效益；申请专利和软件著作权2项，开发黄河上游重点供水区旱情监测预警系统1套；发表论文50余篇，20篇论文被SCI收录，其中大部分发表在AFM、JH、ERL、JGR等农林气象学、水文气象学、环境科学国际权威期刊上。被《STE》、《AFM》、《ACP》等多种国际顶级期刊引用和评价，显著提升了我国在该领域的国际影响力，并获得2020年甘肃省科技进步二等奖。
黄土高原农田草地生态系统对夏季季风响应
夏季风在大气环流中起着重要作用，成为全球大气能量和水汽输送的主要动力机制。中国是全球夏季风最活跃的地区之一。夏季风活动不仅直接影响全球大气环流模式和天气气候格局，而且对陆面水热交换过程和生态系统碳循环也有重要影响。黄土高原是我国受夏季风影响的过渡带的重要组成部分，也是农牧交错带的核心。黄土高原地形地貌和生态环境独特，总面积64万平方公里。是夏季风边缘线摆动特征明显、摆动范围广的区域。该地区夏季风活动的规律性更强，陆地生态系统对夏季风进退的响应更敏感。
夏季风降水不仅直接改变地表的水热特征参数，而且通过控制年降水量和季节性干旱在调节生态系统的碳交换中起着至关重要的作用。水在黄土高原陆面过程中起着非常特殊的作用。土壤水作为一种非饱和水资源，不仅随时为自然植被和农作物提供水分，而且是向植物输送养分的主要载体。黄土高原季风降水占年降水量的60% ~ 70%，生态系统用水主要依赖季风降水。受季风降水年波动大、蒸散潜力大等因素影响，该地区自然植被和作物生长季土壤水分的规律性未达到最佳状态，导致土壤水分胁迫对植被蒸腾和土壤蒸发影响严重。
过去几十年，国际上就气候变化对陆面过程的影响以及陆面过程的反馈效应开展了大量研究。中国还相继开展了“青藏高原气象科学实验计划”、“黑河地区地气相互作用观测实验研究”等一系列以研究陆面过程为主要目标的综合观测实验。一方面，揭示了青藏高原大气边界层的动力和热力特征及其天气学意义。对典型干旱区陆面过程的参数化和绿洲系统的水和能量交换特征有了新的科学认识。另一方面，在黄土高原对流边界层发展机制、陆面能量不平衡问题、陆面过程参数化等方面取得了创新性成果，极大地丰富了陆面过程基本特征的认识。
此外，在“黄土高原陆面过程观测试验研究”的实施和后续的半干旱地区非均匀下垫面湍流输送效应和整体输送系数研究、土壤热通量观测方法的改进及其对能量平衡的影响研究的支持下，干旱研究所在甘肃定西、平凉、庆阳开展了10年的地表能量和水分收支连续观测。兰州大学也在榆中建设了SACOL站，已经进行了12年。基于上述观测试验，我们对黄土高原地表能量平衡和关键物理量如动力粗糙度、总输送系数和反照率的参数化问题有了更深入的了解。
然而，以往对黄土高原陆面过程的研究还缺乏不同生态系统陆面水热交换特征的对比研究，尤其是不同生态系统陆面水热交换过程对气候系统的响应。同时，陆面模式中对生理生态过程的描述有很大的局限性，没有将陆面水热交换过程与植被生理生态过程紧密联系起来。因此，岳平指出，深入理解夏季风影响不同生态系统环境因子和生理生态因子的机制，研究影响地表水热交换的环境因子和生理生态因子的联系，建立夏季风驱动的生态系统环境因子和生理生态因子与净碳交换组分之间的定量关系，仍然是黄土高原陆面过程研究中亟待解决的问题。
近年来，岳平带领团队紧扣“陆面生态系统水-热-碳循环”这一前沿研究领域，以黄土高原不同生态系统水-热交换和碳循环的关键问题为切入点，充分考虑夏季风对陆面过程的特殊驱动作用，致力于在黄土高原生态系统水-热交换和碳循环及其与夏季风的关系研究方面取得突破性进展。他们选择了黄土高原的草地和典型农田生态系统作为研究对象，系统地开展了野外综合观测实验，揭示了黄土高原不同生态系统中环境因子和生理生态因子影响地表水热交换的机理，建立了不同生态系统中夏季风驱动的环境因子和生理生态因子与净碳交换组分之间的关系，试图阐明夏季风对黄土高原年碳通量的特殊驱动作用。岳平认为，上述研究将对黄土高原陆面水热交换、碳循环和夏季风之间的关系建立新的深入认识，为区域数值模式的完善和干旱监测技术的发展提供重要的理论支持。目前，其团队已在AFM、《JH》、《JGR》、《中国科学:地球科学》等国内外高影响力学术期刊上发表学术论文十余篇。
专家介绍
岳萍，1974年出生，南京信息工程大学大气物理与大气环境专业。现任中国气象局兰州干旱气象研究所三级研究员，甘肃省第八届科协会员，甘肃省气象学会理事，中国气象学会干旱气象专业委员会委员，中国气象学会兰州干旱气象研究所学术委员会委员。主要从事地气相互作用和干旱灾害机理研究。主持并参与完成国家课题15项，在国内外学术期刊上发表论文70余篇，其中30余篇被SCI收录，参与编写专著2部。获中国气象学会大气科学基础理论研究成果奖一等奖、甘肃省科技进步二等奖、宁夏回族自治区科技进步三等奖。获全国气象工作先进个人、第七届、第八届全国优秀气象科技工作者称号，入选甘肃省“陇原人才服务卡”高层次人才、中国气象局“西部杰出人才”。曾任甘肃省基础研究创新组组长、甘肃省气象局领导。
