沙漠是一种地貌景观。沙漠地表裸露、植被稀少、降水匮乏, 是陆地上最干旱的地区。沙漠的形成受气候控制, 一方面, 随着全球气候变化, 沙漠的面积随之扩张或收缩, 引起区域生态环境的改变, 影响人类的生产生活; 另一方面, 沙漠地区的下垫面性质特殊,其变化会通过陆气相互作用影响区域气候和大气环流格局。沙漠作为重要的粉尘排放源区, 对生物地球化学过程有重要影响。研究沙漠变化有助于更深入了解地表景观变化的规律及机理, 能为防沙治沙工程提供指导。

过去沙漠面积数据主要来自于历史地图, 对沙漠范围的界定依赖于实地的地理调查, 这种方式成本高、效率低。一方面, 这些数据时间跨度太大而无法体现沙漠详细变化过程; 另一方面, 在空间上无法覆盖全球范围, 需要寻求更好的替代性数据。随着航空摄影和卫星遥感技术的发展, 获取长时间序列的观测数据成为可能。很多遥感影像解译产品可以提供地表覆盖类型数据, 但是, 目前的土地覆盖分类往往将沙漠、荒漠、苔原等植被覆盖率低的裸地归为一类, 无法提供详细的沙漠地貌的分布面积。在全球变暖背景下, 全球干旱区呈现出扩张的趋势, 土地沙漠化问题日益严重, 说明对沙漠和气候干旱区、沙漠化和气候干旱化之间并不能简单画等号。因此, 有必要对全球沙漠和气候干旱区面积进行分析, 以明确二者的变化规律及异同。

使用气候再分析数据和遥感产品, 南京大学陈瑶和鹿化煜等计算了全球沙漠的面积变化, 分析了不同气候因子对沙漠变化的影响, 并利用CMIP6(Coupled Model Intercomparison Project 6)模式结果, 估算了未来全球沙漠变化趋势。

结果表明, 全球沙漠面积约17.64×10⁶km²,占陆地面积的12%（图1）; 在20世纪80年代末到90年代快速减小, 其中主要发生在北非和澳大利亚; 21世纪初沙漠开始缓慢扩张（图2）。气候干旱区面积存在年代际波动（图3）, 各气候区干旱指数(AI)与沙漠面积变化有明显差异。

图1 全球沙漠分布

橙色为沙漠覆盖区域

图2 1982~2020年全球沙漠面积变化

图3 1982~2020年全球干旱区面积变化

相关性分析表明, 降水是沙漠变化最重要的影响因素, 20世纪90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。

基于CMIP6模式结果, 在ssp245和ssp585情景下全球沙漠面积将会扩张, 到21世纪末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情景下这种特征更加显著。未来的沙漠变化可能使干旱区人类生存环境面临更加严峻的挑战。

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中文版: 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(5): 1057–1066

英文版: Chen Y, Lu H, Wu H, Wang J, Lyu N. 2023. Global desert variation under climatic impact during 1982–2020. Science China Earth Sciences, 66(5): 1062–1071, https://doi.org/10.1007/s11430-022-1052-1