正的大西洋多年代际振荡（AMO）与拉尼娜现象的协同作用通过热液异常现象加剧了近期东亚地区的沙尘活动

《Science Bulletin》：Positive Atlantic Multidecadal Oscillation–La Ni?a synergy enhances recent East Asian dust activity via hydrothermal anomalies

东 Asian沙尘活动自2000年反弹主要由大西洋多年代振荡正相与拉尼娜协同驱动，通过闭合证据链证实跨流域气候协同导致的水文热异常是主导因素，为气候变迁下的沙尘预测提供新机制。

　　

赵瑞波|冯晓明|李长家|杨云|林赛·C·斯特林格|傅博杰

中国科学院生态环境科学研究院区域与城市生态国家重点实验室，北京 100085，中国

摘要

尽管全球变暖导致中纬度风速减弱，预计沙尘活动会减少，但自2000年以来东亚地区的沙尘活动却出人意料地反弹。我们发现这种反弹是由大西洋多年代际振荡（AMO）正相位与拉尼娜现象的协同作用所驱动的，这一机制解释了78%的沙尘变化。通过整合观测数据和模拟结果，我们发现近期沙尘活动增强的主要驱动因素已从动力因素转变为水热异常。AMO正相位与拉尼娜现象的跨流域协同作用在东亚内陆形成了“冬季寒冷、春季温暖”的气候模式，并伴随着持续的干旱。这种模式加剧了土壤的冻融循环和表面干燥，显著提高了地表侵蚀性，从而成为极端沙尘暴发生的主要因素。通过一个闭环证据链（现象识别、机制归因和模型验证），我们阐明了跨流域气候协同作用如何影响区域沙尘活动。这些发现为东亚沙尘活动的季节性至十年期预测提供了坚实的基础。

引言

沙尘暴是干旱和半干旱地区常见的气象灾害，影响着全球超过3.3亿人的健康和生计[1]，[2]，其中许多人并不位于沙尘源地。东亚是全球最大的沙尘源地之一，其影响范围广泛[3]，[4]。仅在中国，就有超过4000万人受到沙尘暴导致的空气质量恶化的影响[5]。沙尘暴还通过扰乱空中和地面交通、破坏农业生产以及降低太阳能利用率，每年造成数亿美元的经济损失[6]。

许多研究基于20世纪70年代至90年代末东亚沙尘暴减少的现象[7]，[8]，[9]，将这一趋势归因于全球变暖和北极放大效应导致的风速减弱，并预测沙尘暴将持续减少[10]，[11]，[12]。然而，2000年后的观测数据挑战了这一预测[13]，[14]，因为严重的沙尘事件不仅持续存在，而且有所加剧；例如，2008年5月，戈壁沙漠的沙尘跨境传输引发了该时期韩国半岛有记录以来最强烈的沙尘事件（PM₁₀峰值超过800 μg/m³[15]）；2021年春季，中国北部发生了十年来最强烈和最广泛的沙尘暴（PM₁₀峰值浓度超过5000 μg/m³，影响面积超过380万平方公里，2.4亿人受影响[16]，[17]。一些研究已经指出极端干旱是这些近期极端沙尘暴的关键诱因[18]，[19]。尽管风速减弱，但沙尘活动的增加表明驱动因素发生了变化，主导因素似乎正从动力条件（风速）转向极端气候和水热异常。

内部气候变率被认为是调节区域气候极端事件的关键因素[20]，[21]，[22]。虽然厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是一个公认的年际气候调节器[23]，通过改变季风强度和降水模式来调节东亚地区的沙尘活动[24]，[25]，但它单独难以解释2000年后沙尘活动持续的十年期变化。这强烈表明低频气候信号（如大西洋多年代际振荡（AMO）可能起到了调节作用。作为低频气候变率的关键来源，AMO在调节全球平均表面温度的十年期变化中起着关键作用[26]，并且与东亚地区的复合热浪-干旱事件有关[27]。它还可以通过影响热带太平洋海表温度（SST）来调节ENSO事件的频率和强度[28]，[29]。然而，AMO在调节沙尘活动中的具体作用——尤其是在特定阶段与ENSO的协同效应——仍很大程度上未被探索。这一知识空白限制了我们对近期沙尘活动反弹原因的理解，也限制了我们预测未来沙尘变化的能力。

基于此，本研究的核心科学问题是：尽管风速减弱，为什么东亚地区的沙尘活动自2000年以来显著增加？这种变化是否源于气候系统内部的跨流域协同作用？为了回答这个问题，我们首先分析了1980年至2023年的多源卫星和地面观测数据，系统地检验了沙尘变化、ENSO和AMO在多个时间尺度上的关联。通过构建一个联合的ENSO–AMO指数，我们进一步诊断了导致沙尘活动增强的相关局部水热异常。此外，利用扩展经验正交函数（EEOF）分析和PCMCI因果发现等统计方法，我们确定了AMO和ENSO调节沙尘活动的远距离传输路径。最后，通过多模型数值实验验证了不同海洋盆地的SST强迫对东亚冬春水热条件以及沙尘排放的影响。最终，这项研究确立了AMO正相位与拉尼娜现象协同作用增强沙尘活动的物理机制，为在变化的气候条件下改进沙尘预测提供了重要基础。

研究片段

再分析和卫星-derived沙尘数据

为了分析东亚沙尘活动的年际和十年期变化，我们使用了MERRA-2（现代时代回顾分析研究与应用版本2）DAOD数据，该数据提供了全面的空间覆盖和长期的时间序列，空间分辨率为0.5°×0.625°[30]。为了验证MERRA-2数据的可靠性，我们使用了两个独立的卫星衍生数据集：来自MISR的非球形气溶胶光学深度（nsAOD）数据[31]

AMO正相位和拉尼娜现象同时出现时沙尘活动的反弹

自2000年以来，东亚地区的沙尘活动出现了明显的多十年期增强，这与大西洋多年代际振荡（AMO）的相位变化以及拉尼娜事件的频率增加密切相关。研究区域（15°–55°N，60°–150°E）内的沙尘气溶胶光学深度（DAOD）空间分布与主要沙尘源地高度吻合，这些源地从中亚和塔克拉玛干沙漠延伸到中国北部和蒙古的边境地区（图1a）。

讨论

本研究建立了一个完整的证据链——“现象识别、局部机制探索、远程驱动因素识别和模型模拟验证”——以证明东亚地区沙尘活动的显著反弹主要是由AMO正相位与拉尼娜现象的协同作用引起的水热异常所驱动的。这一结果合理解释了尽管全球气候整体减弱，为什么东亚地区的沙尘活动仍然加剧

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金国际合作可持续发展科学计划（42561144300）和中国国家重点研发计划（2024YFF1306301）的支持。

作者贡献

赵瑞波和冯晓明提出了最初的想法并设计了研究方案。赵瑞波开发了分析方法并进行了数据分析。赵瑞波和冯晓明共同起草了手稿，并在修订过程中得到了宝贵的意见