最近，我国北方沙尘暴活动强烈，影响区域环境和人们的生产生活，受到广泛关注。沙尘暴常常发生于沙漠地区，是地表常见的自然现象；伴随着人类的演化发展，沙尘暴至少有三百万年的历史。沙尘暴主要发生在中低纬度干旱区，南北半球均有。沙漠环境是决定沙尘暴频率和强度的重要因素。纵观全球，认识沙漠变化对于揭示沙尘暴的发生规律，具有重要的意义。然而，有关全球沙漠变化的研究薄弱，亟待加强。
围绕上述科学问题，我院鹿化煜教授课题组，开展了全球沙漠变化规律和驱动机制的研究。他们基于卫星相片遥感解译、全球土地类型数据集、全球气候变化数据集和气候数值模拟等资料和技术，首先建立了2015年全球土地类型、沙漠面积和气候要素(干旱指数，aridity index (AI))的定量关系。基于这一定量关系，他们把1982-2020年的气候干旱指数，转换成沙漠面积变化的时间序列。他们的研究发现，1982年以来全球沙漠面积平均为17.64×106 km2，占陆地面积的12%。全球沙漠主要分布在中纬度亚洲、非洲、澳大利亚以及南北美洲的西部地区（图1），沙漠面积在20世纪90年代快速减小、在21世纪初缓慢上升（图2）。1982年来各地区沙漠面积主要呈下降趋势，其中，北非和澳大利沙漠面积减少最多，澳大利亚、南非和中亚沙漠缩小比例最大（图3）。AI和气候干旱区面积存在年代际波动特征，其中南半球和北美气候干旱区AI在1990年代的上升对应于同时期的沙漠缩小，但总体上AI与沙漠面积的变化并不一致。相关性分析表明，1990年代陆地降水的增加是沙漠面积减小的重要原因，温度和湿度的增大也有利于增加水汽和降水量，进而使沙漠面积缩小；在不同区域风速对沙漠变化的影响有差异。
图1. 全球沙漠分布。橙色为沙漠覆盖区。图中英文缩写分别指示：中亚沙漠（CA）、东亚沙漠（EA）、西南亚沙漠（SWA）、北美沙漠（NAM）、南美沙漠（SAM）、北非沙漠（NAF）、南非沙漠（SAF）和澳大利亚沙漠（AU）.
图2. 1982-2020年全球沙漠面积变化.
图3. 1982-2020年全球不同地区沙漠面积变化. 缩写字母指示的区域见图1.
在此基础上，他们基于全球不同的CO2排放量和排放路径（ssp245：政府干预下的气候情景，到2100年大气CO2浓度增至538 ppm；ssp585，无政府干预下的气候情景，到2100年大气中的CO2将增加至936 ppm）的气候变化数值模拟结果(CMIP6，第六次国际耦合模式比较计划)分析，发现在ssp245和ssp585情景下全球沙漠面积将会扩张，扩张速率分别为8×103 km2 yr1和15×103 km2 yr1；到21世纪末全球沙漠将占据陆地面积的12.9%和13.5%。沙漠面积扩张主要发生在亚洲、非洲和澳大利亚；北非南部沙漠面积将会缩小，在ssp585情景下这个特征更加显著（图4）。全球沙漠的未来变化可能使干旱区人类生存环境面临更加严峻的挑战。
同时，他们的研究指出，温度升高使海洋蒸发增强，水汽增多，进而导致全球湿润化和沙漠缩小；另一方面，温度升高也可能通过强化蒸发过程和改变大气环流路径，使陆地向干旱化发展。此外，海洋环境变化，诸如太平洋年代际振荡（PDO）、大西洋多年代际振荡（AMO）、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）等也会影响沙漠面积的变化。现在，对这些复杂的关系认识还不清楚，需要深入研究。
图4. 到2100年全球沙漠范围和面积变化. (a), (b)分别为ssp245和ssp585情景下2071-2100年相比于2015-2044年的沙漠范围变化.(c), (d)分别为ssp245和ssp585情景下2015-2100年沙漠面积变化.
他们的研究论文以中英文发表在重要学术刊物《中国科学：地球科学》。论文的第一作者是研究生陈瑶，通讯作者是鹿化煜教授，参加这项研究的还有我院博士生吴会娟、王菁菁和吕娜娜。这项研究得到了国家自然科学基金委创新研究群体项目(批准号: 42021001)和国际合作重点项目(批准号: 41920104005)的资助。
论文原文: 陈瑶, 鹿化煜, 吴会娟, 王菁菁, 吕娜娜. 2023. 全球沙漠变化的气候影响. 中国科学: 地球科学, 53: 1–10, doi: 10.1360/SSTe-2022-0128 (Chen Y, Lu H, Wu H, Wang J, Lyu N. 2023. Global desert variation under climatic impact during 1982–2020. Science China Earth Sciences, https://doi.org/10.1007/s11430-022-1052-1)