我系胡永云教授团队结合2.5亿年以来的气候模拟和地质记录，系统地研究了陆地干旱的深时演化，并首次量化了海陆分布与全球平均温度对干旱演化的贡献，此外强调大气CO2浓度增加会加剧干旱区和半干旱区扩张。研究成果《Evolution of terrestrial aridity and dryland since Pangea》于2025年1月1日在线发表于Paleoceanography and Paleoclimatology。
再地质时间尺度上，陆地干湿变化对陆地生态系统演化具有重要影响。在过去2.5亿年间，海陆分布和全球平均表面温度（GMST）经历了巨大变化，陆地干旱去和半干旱区如何演化是该项研究的核心。该团队使用干旱指数（降水/潜在蒸散发）量化了陆地干湿区分布，图1给出了四个典型历史时期的干湿地区分布。在250Ma超大陆时期，副热带地区陆地面积较大，干旱和半干旱区面积较大。随着超大陆的裂解和漂移，副热带陆地面积变小，干旱和半干旱区面积逐渐缩小，至80Ma， 大陆裂解最为充分，副热带陆地面积达到最小，干旱和半干旱区面积也达到最小值。新生代以来，大陆再次汇聚，干旱区的面积也随之扩大为现代的状态，尤其是中亚内陆地区也变得干旱。
图1 250Ma、150Ma、80Ma和PI时期的陆地干湿区分布
注：HA、A、SA、DSH、SH和H分别对应超干旱区、干旱区、半干旱区、半干旱半湿润区、半湿润区和湿润区，红色、黑色和蓝色的点代表指示干旱区的蒸发岩、钙结砾岩，和指示湿润区的煤。
进一步分析发现，副热带陆地（南北纬20-40°之间）面积是决定干旱区面积的最重要因子，GMST的贡献次之，副热带陆地面积越大以及GMST越高都会导致陆地干旱区面积越大、干旱越严重，二者可以分别解释79.5%和15.4%的干旱区面积变化。此外，陆地裂解度的增加有利于陆地变湿，但效果较弱。
在海陆分布不变的情况下，GMST变化会对陆地干旱区演化造成何种影响，对比控制实验（变化的海陆分布和大气CO2浓度）和敏感性实验（变化的海陆分布和固定的大气CO2浓度）的相同时期，发现半干旱区面积对GMST最为敏感（图2c），当GMST升高时，半干旱区面积显著扩大，而其他干旱类型区域的面积变化较小。通过分解干旱指数的变化，发现当GMST升高时，半干旱区的近地面空气相对湿度显著降低，导致局地潜在蒸散发显著增加，最终导致半干旱区扩张。这与现代全球变暖导致半干旱区显著扩张的结果是一致的。
图2 250Ma–PI干湿区面积占陆地面积的百分比(%)与GMST(°C)之间的关系
注：不同时期的数值为控制实验减去敏感性实验的差值，(a-f)代表HA、A、SA、DSH、SH和H六个子区域，(g)和(h)分别为干旱区、湿润区面积变化之和，黑色实线为一元线性回归，右上角的数值代表回归的显著性，NAN为不显著。
本研究是在国家自然科学基金委基础科学中心项目“大陆演化与季风系统演变”（42488201）资助下完成的。
论文链接： https://doi.org/10.1029/2024PA004886
