所在位置: 近日，史培军教授团队在《npj Natural Hazards》发表题为“Vegetation greening reduces dust storm activity in northern China”的研究论文。该研究基于长达 39 年的多源观测数据与物理过程模型模拟，系统阐明了中国北方沙尘暴活动的长期演变规律，定量证实了植被变绿是抑制该区域沙尘暴活动的关键驱动因素，为全球干旱半干旱区沙尘灾害防控与生态系统恢复提供了重要科学依据。
沙尘暴是干旱半干旱地区典型的极端气象灾害，其携带的沙尘颗粒物会严重损害人体健康，同时伴随的强风会阻碍农业生产、损毁基础设施，对区域社会经济可持续发展构成重大威胁。中国北方是全球沙尘暴高发区之一，过去几十年该区域沙尘暴活动呈现显著下降趋势，但学界对其核心驱动机制一直存在争议。传统观点认为近地面风速减弱是主要原因，然而自 1990 年代以来中国北方地表风速已出现回升趋势，沙尘暴频率却未随之增加，这一矛盾表明存在其他关键调控因素。与此同时，自 1980 年代初以来，中国先后实施了三北防护林、退耕还林还草等一系列重大生态修复工程，推动北方地区植被覆盖持续增加（即“植被变绿” 现象），但其对沙尘暴活动的定量影响与作用机制尚未得到充分阐明。
为揭示植被变绿对沙尘暴活动的影响，研究团队利用1982—2020年间中国北方957个气象站点的沙尘暴观测数据、遥感植被指数（NDVI）及再分析资料，系统分析了沙尘暴频率的时空变化特征及其与植被变化的关系。研究发现，中国北方年均沙尘暴频率呈显著下降趋势（−0.490天/十年，p < 0.05），其中西北地区下降最为明显。与此同时，中国北方地区呈现大范围显著植被变绿趋势，年平均 NDVI 以 0.100/十年的速率增加。空间上，植被变绿最显著的区域与沙尘暴频率下降最剧烈的区域高度重合，内蒙古中西部、甘肃、青海等地尤为明显。统计分析显示，植被覆盖（NDVI）与沙尘暴频率呈强负相关（r=-0.616，p<0.01），即使在去除长期趋势并控制风速和降水的影响后，这种负相关关系依然显著（偏相关系数 r="-0.533，p=0.001）。进一步分析发现，植被变绿速率越高的站点，沙尘暴频率下降越显著，呈现出清晰的剂量-效应关系。<">
图1. (a-c)中国北方沙尘暴频率（DSF）变化趋势；(d-h)1982-2020年NDVI变化空间分布; (i)1982-2020年中国北方DSF与NDVI变化关系；(j) DSF与植被绿化速率的关系；(k)1982-2020年中国北方地区 NDVI 差值与DSF变化趋势的空间分布
为进一步揭示植被变绿抑制沙尘暴的物理机制，研究团队基于耦合物理过程的沙尘排放模型（DuEM v1）开展了敏感性模拟实验。结果表明，若将2020年的植被叶面积指数（LAI）替代1982年的植被条件，模拟的中国北方沙尘排放量平均减少1.887 g·m⁻²·yr⁻¹。机制分析表明，植被变绿主要通过提高地表起沙风速临界阈值来抑制沙尘排放，研究期间区域平均起沙风速临界阈值提高了 0.16m/s，显著增强了地表对风蚀的抵抗力，从源头上减少了沙尘物质的释放。
图2. 沙尘排放模型模拟结果。(a)1982年植被条件下的沙尘排放空间分布；(b)2020年植被条件下的沙尘排放空间分布；(c) 两种模拟结果之间的差异（b-a）
图3.地表起沙风速临界阈值的空间分布图。(a) 1982年植被条件下的起沙风速临界阈值模拟值；(b) 2020年植被条件下的起沙风速临界阈值模拟值；(c) 两种模拟结果之间的差异（b-a）
上述研究从观测与模拟双重视角，证实了植被变绿对中国北方沙尘暴活动的抑制效应，揭示了其通过提高地表起沙风速临界阈值、增加地表粗糙度等机制，部分抵消了风速回升对沙尘暴的潜在增强作用。研究表明，生态恢复工程在大规模植被重建中不仅改善了生态环境，也在防控沙尘灾害风险方面发挥了积极作用。该发现为全球干旱区应对气候变化背景下的沙尘暴防治提供了重要的科学依据，也为基于自然的生态修复策略提供了新视角。
北京师范大学地理科学学部硕士生王怡雯为本文第一作者，地表过程与水土风沙灾害风险全国重点实验室/地理科学学部史培军教授和青年教师张钢锋博士为共同通讯作者，合作者包括西班牙国家研究委员会Cesar Azorin-Molina研究员、意大利都灵理工大学Lorenzo Minola博士、北京师范大学硕士生林子琪、李文选、应急管理部国家自然灾害防治研究院马恒博士等。本研究得到国家自然科学基金项目（42330502、42101027）、青海省中央引导地方科技发展资金科技创新基地建设项目（2025ZY017）及地表过程与水土风沙灾害全国重点实验室自主研究项目等的资助。