南京大学团队在Geophysical Research Letters发布成果:1985–2024年全球沙漠变化与有效水资源可用性的关联
在全球气候变化加剧的背景下，作为对气候最敏感的地表类型之一，沙漠的变化深刻影响着区域气候、生态系统和社会。然而，由于定义不一致、空间分辨率低且缺乏连续监测，全球沙漠的范围及其时空变化存在高度不确定性，不同研究对全球沙漠面积的估算相差可达两倍以上（15.92至33.70百万平方公里），且对于沙漠是在扩张还是收缩存在矛盾结论。这种不确定性也阻碍了我们对全球沙尘排放及其气候效应的理解。本研究旨在利用高分辨率遥感影像，首次重建过去40年全球沙漠的连续变化，系统分析其变化特征并识别关键驱动因子。
1. 30米分辨率全球沙漠制图：
数据与分类：研究使用1985-2024年的Landsat时间序列影像，在全球沙漠区设置了7457个六边形网格进行分层采样。采用随机森林分类器，结合地表反射率波段、地形起伏、纹理特征和NDVI等多个指标，在Google Earth Engine平台上进行沙漠信息提取。后处理采用了7x7滑动窗口进行平滑以提升空间一致性。
精度验证：采用了时间分层抽样验证策略，选取了8个代表性年份（如1985、2000、2015等），通过目视解译生成了约11.3万个独立的验证点。验证结果显示（对应文内表S1），
总体分类精度达到91.55%，Kappa系数为0.84，表明数据集可靠性高。主要误差发生在沙漠边缘地区（对应支持信息图S3）。
2. 影响沙漠变化的气候因子量化：
1. 过去40年全球沙漠面积的变化：
总体趋势：1985-2024年间，全球沙漠面积呈现显著的下降趋势，速率为-2.27×10⁴ 平方公里/年（p<0.05）（图1a）。以40年平均面积为界，可划分为两个扩张期和两个收缩期。
区域差异：沙漠变化具有显著的地区异质性。澳大利亚、东亚、中亚和南非的沙漠呈收缩趋势，与全球变化模式一致；而北非、北美、南美和西南亚的沙漠则呈现扩张趋势（图1b）。
主要贡献区域：对全球沙漠面积变化贡献最大的区域是澳大利亚，贡献率达91.8%，其次是东亚（49.2%）、中亚（32.0%）和南非（21.6%）。北美、南美和北非的扩张趋势部分抵消了全球的收缩幅度（图1c）。
2. 影响全球沙漠变化的关键因素：
研究聚焦于与全球变化最同步的四个关键区域（澳大利亚、东亚、中亚、南非），利用RFR-GBR模型分析了主导气候因子：
澳大利亚：相对湿度是主导因子（贡献率22.11%），它与降水强烈相关。拉尼娜事件带来的降水增加，提高了土壤湿度和近地表湿度，同时降低了大气水汽需求（VPD），促进了植被生长和沙漠收缩；反之，厄尔尼诺事件导致干旱和沙漠扩张（图2a, 2b; 图3a）。
东亚：饱和水汽压差是主导因子（贡献率49.6%），它与温度正相关、与降水负相关。在1985-2012年，尽管VPD逐渐升高、降水略有减少，但沙漠面积波动下降，这很可能得益于中国大规模的生态工程增强了植被覆盖。而在2012-2015年等降水减少期，高VPD会抑制植被，导致沙漠扩张（图2a, 2c; 图3b）。
中亚：实际蒸发是主导因子（贡献率42.07%），受水分供应限制。降水增加期能促进植被和ET，导致沙漠收缩；而降水减少期（常与强厄尔尼诺事件相关）则限制植被生长，驱动沙漠扩张（图2a, 2d; 图3c）。
南非：降水是主导因子（贡献率50.39%），受ENSO调制。厄尔尼诺年降水减少，导致沙漠扩张；拉尼娜年降水增加，促进沙漠收缩（图2a; 图3d）。
3. 沙漠变化的水文级联过程：
基于上述分析，研究总结出一个控制沙漠变化的水文级联框架（图4）：降水增加 → 土壤水分增加 → 植被生长增强 → 实际蒸发增加 → 近地表湿度增高 → VPD降低 → 进一步促进植被光合作用和生长 → 沙漠收缩。反之，当水分供应无法满足大气需求时，植被受限，导致沙漠扩张。因此，有效水可用性（由水分供应、土壤湿度和大气需求之间的平衡决定）是核心。
数据集对比：本研究基于多参数（反射率、地形、植被）定义的30米分辨率沙漠面积，比单纯基于气候的估算值小，但比部分早期卫星影像提取的面积略大（对应文内表S4）。直接处理原始Landsat数据避免了使用预分类产品带来的误差累积，提高了结果可靠性。
扩张区域的成因：在北非、北美、南美和西南亚等扩张区域，沙漠扩张发生在水分供应无法满足大气需求的条件下。例如，北非的温度升高、VPD增加和降水减少共同抑制了植被，而人类活动引起的土地退化进一步加剧了地表暴露，可能形成了加剧干旱的正反馈。
人类活动与气候因子的作用：人类活动（如东亚的生态工程）能显著影响区域沙漠变化。然而，在全球尺度上，沙漠面积变化主要与气候因子相关联，气候因素可能扮演着主要驱动角色。即使在VPD随全球变暖整体上升的背景下，由于间歇性水分输入的增加以及植被的缓冲作用，有效水可用性得以增强，支撑了植被生长，从而导致了过去40年观测到的全球沙漠收缩。
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