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2021-11-25 作者:地理与海洋科学学院 来源:科学技术处

地理与海洋科学学院研究揭示中蒙地区沙尘活动和植被近期变化趋势

沙尘是地球表层系统的活跃要素。沙尘活动对气候和环境变化响应敏感,并通过一系列反馈作用,影响区域的辐射和能量平衡,以及全球气候变化和碳循环。亚洲内陆分布着广阔的干旱和半干旱地区,是全球第二大沙尘源地。由于沙尘暴具有产生过程快、持续时间短、影响范围广等特点,对沙尘活动进行实时大范围监测难度大。近年来,随着遥感卫星数量逐步增加,可获取的遥感资料不断增多,这为监测和研究沙尘活动的起源、传输以及沉积过程带来了极大的便利,为理解东亚地区沙尘活动的时空格局、变化趋势及其影响因素提供了重要基础。

最近,南京大学地理与海洋科学学院研究团队联合北京大学、中国科学院、中国气象科学研究院的研究团队,利用最新发布的中分辨率成像光谱仪(MODIS)气溶胶光学厚度产品,计算并获取了2001-2020年以来中国和蒙古地区沙尘气溶胶光学厚度(DOD)。研究发现,DOD指示的沙尘活动空间分布特征与气象观测得到的沙尘源区和尘暴多发区基本一致(图1)。其中,塔里木盆地、柴达木盆地以及戈壁沙漠是亚洲内陆三个主要的沙尘源区,它们在春季、夏季都有较强的沙尘活动。遥感资料揭示,我国北方沙尘活动有明显的年际波动,并且与地面扬沙和沙尘天气观测基本一致。通过对DOD时间序列进行分析,发现中蒙地区近二十年以来沙尘活动在整体上呈现出下降趋势,但不同区域的变化趋势具有显著差异。其中,我国北方中部地区沙尘活动的下降受到了风速下降和沙尘源区的植被恢复等因素的共同影响。值得注意的是,在实施大规模生态恢复工程的黄土高原西北部、我国北方中部沙漠沙地等地区,沙尘活动减弱趋势最为显著,这表明近期土地利用变化对抑制沙尘排放有重要贡献。

为进一步获取我国北方干旱区地表环境变化的信息,我校研究团队联合国内外研究人员,基于地理信息云计算平台,利用多套遥感资料以及气候、地形等数据,获得了我国北方腾格里沙漠及周边地区近四十年以来植被和风沙活动时空变化的特征,并分析了地形、气候变化及生态恢复工程等多重胁迫因素对沙漠植被生长的影响。结果表明,不同遥感资料数据集均反映出腾格里沙漠及周边地区呈现出显著变绿的趋势(图2)。若干典型生态修复区的绿化速度明显较快,变绿过程还受到降水等气候要素年际波动的影响。研究结果表明,我国北方中部沙漠和沙地整体表现出的绿化趋势,很可能与我国西北地区近期暖湿化以及低风速等气候条件有关;而广泛实施的生态修复工程进一步加速了这一过程。

上述研究揭示了气候变化与人类活动对我国北方干旱地区环境变化的重要影响,这为中国北方沙尘活动减少与气候变化及生态修复工程的关系提供了佐证。研究结果还表明,目前我国北方干旱地区的近期气候变化可能为防沙治沙、植被恢复等生态修复工程提供了窗口期。这为统筹山水林田湖草沙系统治理、推进生态高质量发展提供了重要的科学数据基础。

上述结果分别以"Weakened dust activity over China and Mongolia from 2001-2020 associated with climate change and land-use management"和"Climate, topography and anthropogenic effects on desert greening: A 40-year satellite monitoring in the Tengger desert, northern China"为题,在线发表于地球与环境科学领域重要学术期刊《Environmental Research Letters》和《Catena》上,两篇论文的第一作者分别为地理与海洋科学学院自然地理学专业硕士研究生王淑珊和王里,通讯作者为徐志伟副教授。参加研究的还有中国气象科学研究院张小曳院士、北京大学俞妍助理教授、中国科学院张小啸副研究员、荷兰瓦赫宁根大学Milena Holmgren教授和Yanning Qiu博士生,以及我校鹿化煜教授、徐驰教授、韩志勇副教授、吴霜叶教授、博士生王珧等。研究工作受到了国家自然科学基金创新群体项目、优青项目、国际合作项目以及中央高校基本科研业务费等项目的支持。

论文链接:

Shushan Wang, Yan Yu, Xiao-Xiao Zhang, Huayu Lu, Xiao-Ye Zhang, Zhiwei Xu*. Weakened dust activity over China and Mongolia from 2001-2020 associated with climate change and land-use management. Environmental Research Letters, 2021, doi: 10.1088/1748-9326/ac3b79

Li Wang, Yanning Qiu, Zhiyong Han, Chi Xu, Shuang-Ye Wu, Yao Wang, Milena Holmgren, Zhiwei Xu*. Climate, topography and anthropogenic effects on desert greening: A 40-year satellite monitoring in the Tengger desert, northern China. Catena,  2022, 209(2), 105851

图1 (a) 2001-2020年中国和蒙古地区沙尘气溶胶光学厚度(DOD)空间分布特征。(b) 近20年DOD变化趋势。(c) 近20年中国北方138个气象站记录的沙尘活动频次。


图2 (a)NDVI揭示的1982-2020年腾格里沙漠植被年际变化;(b)两种NDVI数据源揭示的腾格里沙漠植被变化特征