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干旱是主要的灾害性气候之一。地球约41％的土地面临着长期的气候干旱。这些地区被称为干旱区，生活着全球约三分之一的人口。在过去半个世纪，全球变暖致使陆面蒸发能力增加，干旱化进程不断发展。科学认识地球干湿波动的自然过程对应对气候变化具有重要意义。在现阶段，器测资料长度尚短，而古气候研究可以阐述仪器观测范围以外的气候变化，为研究长时间尺度下的干湿波动提供有用线索。末次冰盛期以来的两万一千余年是研究多尺度干湿变化过程的重要时段，该时期的古环境记录丰富、测年较为准确，驱动气候变化的因子也相对明确。前人针对这一时期开展了大量模拟工作，这些工作多关注降水过程，针对干湿记录的解释也多局限于借助模拟的降水，而干湿状况实际受控于多种气象要素，至今鲜有研究考虑诸如温度、辐射等要素的影响。鉴于此，本文采用“干湿指数”(AI)，即年降水与潜在蒸散量(PET)之比，来研究末次冰盛期以来轨道尺度干湿变化;降水越多，PET越小，则AI越大，气候越湿润。首先使用国际古气候模拟比较计划第三阶段(PMIP3)的平衡态试验，研究末次冰盛期和中全新世两个典型时期干湿变化的特征及成因;接着利用TraCE-21ka(simulation of transient climate evolution over the last21ka years)全强迫和单强迫瞬变试验数据考察过去21ka以来干旱区干旱程度的时空演变及驱动机制。此外，厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)是调节陆地年际尺度干湿波动的重要因子，认识ENSO长期演化过程对理解陆地干湿变化具有重要意义。其中，古ENSO重建是研究ENSO长期演化过程的重要手段，而认识ENSO影响的不稳定性对古ENSO重建具有重要的参考意义，故本文采用PMIP3试验数据，以末次冰盛期为例研究了ENSO影响的变化，以期揭示背景环流调节ENSO影响的相关机制。本文主要结论如下:
一、末次冰盛期全球陆地干湿变化源自降水和PET变化的共同作用
末次冰盛期的温室气体浓度偏低，大陆冰盖大幅扩张，海平面比目前低百余米，致使全球气温普遍降低、PET减弱、降水整体减少。就全球平均而言，降水减少和PET减弱对干湿变化的影响相互抵消，导致末次冰盛期地表干湿状态与工业革命前(1850CE)相差不大，其中AI平均降低了6％，而变湿与变干地区的面积比为1.4。区域尺度上，降水减少且PET基本不变的地区变干;在某些地区，降水减少形成的干燥状态能够被PET大幅降低导致的增湿效应所扭转，致使气候更加湿润;此外，降水增多区的PET普遍降低，气候更为湿润，降水增加和PET降低的增湿作用大小相当。末次冰盛期PET减小主要源于降温，有效能量降低或相对湿度升高起次要作用。
二、中全新世干旱区分布变化主要由降水变化驱动
相对于工业革命前，中全新世全球干旱区的AI平均值增加了8％，总面积相差不大。工业革命前有16％的干旱区于中全新世转变为更湿润的气候类型，其面积是被替换为更干旱类型土地的两倍。区域尺度上，在非洲北部、阿拉伯半岛、南亚和美国西南部地区，干旱气候向更湿润的类型变化;在南半球、北美中部和东欧至中亚地区，土地向更干的气候类型扩张。上述变化的主要原因为轨道参数变化驱动的降水差异;其次，相对湿度变化可改变PET，其对AI的影响与降水作用的符号一致。降水和相对湿度差异共同解释了干旱区80％以上的干湿变化。
三、过去21ka全球干旱区干湿变化的主导因子随时间而变
TraCE-21ka瞬变试验表明，末次冰盛期以来全球干旱区就平均而言在波动中逐渐变干。末次冰盛期全球干旱区AI平均值比0ka大17％，该变化的65％源于PET减小，其余35％来自于降水增多;其中，PET降低的主要原因在于低大气温室气体浓度引起的气温偏低，而降水增多主要是冰盖驱动的结果。此后，AI随着温室气体浓度增加和大陆冰盖融化而逐渐减小。至全新世，AI受控于轨道强迫，在早全新世达到峰值;在此过程中，降水变化为主导因子。TraCE-21ka模拟的末次冰盛期PET，中全新世AI、PET、降水的变化幅度均与PMIP3多模式中位数相近;但TraCE-21ka模拟的末次冰盛期干旱区降水增多，与PMIP3相悖。
四、末次冰盛期ENSO影响的普遍减弱并东移与背景环流差异密切相关
就强度而言，ENSO对研究区域（60°E～60°W和60°S～90°N）内降水和2m气温的影响平均降低了21％;ENSO激发的热带外太平洋—北美遥相关波列整体减弱，其中北美大陆上的异常活动中心几乎消失。就空间分布而言，ENSO的中东太平洋暖海温模态向东收缩了13°，热带太平洋降水响应和热带外扰动波列向东移动了至少10°。上述变化的机制在于背景环流差异，即太平洋沃克环流上升支东移16°促使区域响应东移，且中纬度波导减弱不利于扰动能量向北美传播。由此可见，在解释ENSO核心区以外的代用资料时，应慎用ENSO影响是稳定的这一假设。
一、末次冰盛期全球陆地干湿变化源自降水和PET变化的共同作用
末次冰盛期的温室气体浓度偏低，大陆冰盖大幅扩张，海平面比目前低百余米，致使全球气温普遍降低、PET减弱、降水整体减少。就全球平均而言，降水减少和PET减弱对干湿变化的影响相互抵消，导致末次冰盛期地表干湿状态与工业革命前(1850CE)相差不大，其中AI平均降低了6％，而变湿与变干地区的面积比为1.4。区域尺度上，降水减少且PET基本不变的地区变干;在某些地区，降水减少形成的干燥状态能够被PET大幅降低导致的增湿效应所扭转，致使气候更加湿润;此外，降水增多区的PET普遍降低，气候更为湿润，降水增加和PET降低的增湿作用大小相当。末次冰盛期PET减小主要源于降温，有效能量降低或相对湿度升高起次要作用。
二、中全新世干旱区分布变化主要由降水变化驱动
相对于工业革命前，中全新世全球干旱区的AI平均值增加了8％，总面积相差不大。工业革命前有16％的干旱区于中全新世转变为更湿润的气候类型，其面积是被替换为更干旱类型土地的两倍。区域尺度上，在非洲北部、阿拉伯半岛、南亚和美国西南部地区，干旱气候向更湿润的类型变化;在南半球、北美中部和东欧至中亚地区，土地向更干的气候类型扩张。上述变化的主要原因为轨道参数变化驱动的降水差异;其次，相对湿度变化可改变PET，其对AI的影响与降水作用的符号一致。降水和相对湿度差异共同解释了干旱区80％以上的干湿变化。
三、过去21ka全球干旱区干湿变化的主导因子随时间而变
TraCE-21ka瞬变试验表明，末次冰盛期以来全球干旱区就平均而言在波动中逐渐变干。末次冰盛期全球干旱区AI平均值比0ka大17％，该变化的65％源于PET减小，其余35％来自于降水增多;其中，PET降低的主要原因在于低大气温室气体浓度引起的气温偏低，而降水增多主要是冰盖驱动的结果。此后，AI随着温室气体浓度增加和大陆冰盖融化而逐渐减小。至全新世，AI受控于轨道强迫，在早全新世达到峰值;在此过程中，降水变化为主导因子。TraCE-21ka模拟的末次冰盛期PET，中全新世AI、PET、降水的变化幅度均与PMIP3多模式中位数相近;但TraCE-21ka模拟的末次冰盛期干旱区降水增多，与PMIP3相悖。
四、末次冰盛期ENSO影响的普遍减弱并东移与背景环流差异密切相关
就强度而言，ENSO对研究区域（60°E～60°W和60°S～90°N）内降水和2m气温的影响平均降低了21％;ENSO激发的热带外太平洋—北美遥相关波列整体减弱，其中北美大陆上的异常活动中心几乎消失。就空间分布而言，ENSO的中东太平洋暖海温模态向东收缩了13°，热带太平洋降水响应和热带外扰动波列向东移动了至少10°。上述变化的机制在于背景环流差异，即太平洋沃克环流上升支东移16°促使区域响应东移，且中纬度波导减弱不利于扰动能量向北美传播。由此可见，在解释ENSO核心区以外的代用资料时，应慎用ENSO影响是稳定的这一假设。