春风又绿塔克拉玛干？丨大气悟理
编者按：看寒来暑往云卷云舒，思古往今来气候变迁，中科院之声与中国科学院大气物理研究所联合开设“大气悟理”，为大家介绍大气里发生的有趣故事，介绍一些与天气、气候和环境相关的知识。
“塔克拉玛干”是维吾尔语，关于这个地名的意思，真可以用众说纷纭来形容：“山下面的大荒漠”、 “淹没在沙漠底下的住所”、 “进得出不得”、“死亡之地”、“永远不存在生命之地”。但不论是哪一种含义，都透露出浓浓的萧瑟之意，然而近日有新闻报道说这片不毛之地竟被卫星监测到在悄无声息地变绿？
“塔克拉玛干沙漠在变绿”新闻（图片来自网络）
2020年2月23日（上）和4月29日（下）塔克拉玛干沙漠局部卫星反演图对比（图片来源：NASA）
太长不看版：
1. 塔克拉玛干沙漠曾是古地中海一部分，后由于地质时间尺度板块运动，逐渐变成沙漠。
2. 美国国家航天局（NASA）卫星监测的区域本来就是绿洲，新闻有“标题党”误导的嫌疑。
3. 近几十年来塔克拉玛干沙漠乃至整个中国都有在变绿，这主要得益于中国政府的大规模植树造林、退耕还林工程。
4. 我国西北地区在快速变绿的同时，荒漠化也在快速发展，两者过渡区域被不断侵占。
详细细节版：
黄沙漠漠中的一点绿
地质时间尺度上的气候演变会导致沧海桑田的变化，历史上著名的城镇如楼兰，现在已成为废墟，被掩埋在深深的流沙之中。据《汉书•西域传》记载，早在汉朝，塔克拉玛干沙漠南部一些地区农收业的发展已初具规模，有不少人口居住在且末(今在塔克拉玛干沙漠东南)、精绝(今在塔克拉玛干沙漠南部尼雅河的下游)、皮山(今在塔克拉玛干沙漠西南)……像这样的一些城镇，当时不可能建立在流沙之中。那么现在“疾风千里兮扬尘沙”的景象又是如何形成的呢？
塔克拉玛干沙漠（图片来自网络）
塔克拉玛干沙漠位于我国新疆塔里木盆地，地质研究表明，塔里木地区过去曾是古地中海的一部分。第三纪中期，强烈的地壳运动发生，古地中海消失，欧亚大陆连成一片。塔里木盆地冬季在冷高压控制下，气候异常干燥寒冷；夏季有高大的山脉作为屏障, 也难受到湿润夏季风的影响；此外，塔里木盆地位于青藏高原北侧，从经向垂直环流上看，正处在高原上空上升气流的补偿下沉区，进一步导致其高温少雨。因此，塔里木盆地终年处于干燥缺水的状态中。
中国年平均降水量分布（图片来源：地之图）
如今的塔克拉玛干沙漠年平均降水量不足100mm，最低不到5mm，而平均蒸发量则高达2500-3400mm，蒸发量至少比降水量大一个数量级，这样极端的水汽条件不足以维持植被生长。但是极度恶劣的环境中总是隐藏着生的希望，塔克拉玛干沙漠南部为昆仑山脉，冰川融水可以为植被提供生长用水。春夏季高山积雪融化为河流向北流动，在沙漠西南角延伸出两条内流河（卫星图片中向北延伸出的那两条），即喀拉喀什河（墨玉河）与玉龙喀什河（白玉河），它们向北进一步汇流成和田河，在上述河流沿岸也形成塔克拉玛干沙漠最主要的河谷绿洲之一（划重点，后面要考）。
塔克拉玛干沙漠及其绿洲分布示意图（引自张琴琴等，2019）
塔克拉玛干变绿的“真相”
沙漠中的绿洲可遇不可求，十分珍贵。因此卫星监测到的“沙漠变绿洲”的新闻才会使大家如此激动，这让人不由得想起了前段时间同样很火的西北“暖湿化”问题（详见：我国西北变“暖湿”了没？）。中科院大气所学者魏科在文章中给出结论：尽管西北部分地区出现了短期降水过程和植被改善，但其大部分区域降水量远低于潜在蒸发量，目前的降水增加并不能从质上改变这一区域干旱的状况，西北“暖湿化”基本上是一个伪命题。
我们再说回上面的新闻，为什么塔克拉玛干沙漠2月到4月会发生“沙漠变绿洲”的“奇迹”呢？因为卫星监测的区域本来就是塔克拉玛干沙漠最主要的河谷绿洲之一。“奇迹”发生最主要的原因还是由于季节变化。春夏时节，高山融雪，河水丰盈，河谷绿洲的大片农田繁茂生长；而到了秋冬时节，河流几近干涸，卫星监测到的自然也就是一片荒芜的景象。因此该新闻很大程度上依然是一个“标题党”，不过这也不完全是国内媒体的锅，标题是从NASA新闻原标题 Greening in the Taklamakan Desert 直译过来的，NASA的本意是想表达即使在中国最干最热的沙漠，植物也会在春天焕发生机，但到我们中国这儿大家理解的又是另一个意思了。
大家想看的变绿不是这个变绿（图片来自网络）
早在10多年前，就有学者注意到了塔克拉玛干地区降水增加的现象。张山清等人利用塔克拉玛干沙漠周边12个气象台站1961-2007年的历史气候资料，对近47年的年平均气温、降水量、潜在蒸散量和地表干燥度等气候要素的基本变化特征进行了分析，发现该地区年平均气温呈升高趋势，降水量呈增多趋势，年潜在蒸散量和地表干燥度总体呈减小趋势。
但是前文也有提到，西北地区是蒸发“黑洞”，现阶段任何降水量的增加基本无法改变该地区蒸发量较降水量强一个数量级以上的事实。塔克拉玛干地区近期水资源增多更多可能来源于全球变暖引起的冰川消融与冰雪圈的衰退，由于这种冰雪圈的变化具有不可持续性，待冰川完全消融后，西北地区可能面临更严峻的干旱风险。
变绿的不仅是塔克拉玛干
虽然新闻报道有“标题党”误导的嫌疑，但卫星监测资料显示，近几十年来塔克拉玛干沙漠确实有在变绿。
塔克拉玛干沙漠32年变迁（图片来源：人民日报2019年植树节专题视频）
其实不只是塔克拉玛干沙漠，在过去几十年里，整个中国都在变得更绿。2019年2月， Nature Sustainability发表了来自波士顿大学的一项研究，研究者们利用NASA的空间遥感数据，指出自2000年以来，全球叶面积（leaf area）新增了5%，增长面积相当于亚马逊雨林的大小，而其中四分之一的贡献都来源于中国。
中国变绿的一大原因靠的是大规模植树造林（占比42%）。种菜和植树可能是刻在中国人骨子里的基因。陶渊明在房子周边种柳树五棵，自称“五柳先生”。柳宗元在柳州做刺史时写诗：“柳州柳刺史，种柳柳江边。”不过古人种树更多的可能是出于“文艺青年”的心态，类似于园林艺术。
如今的植树造林主要是为了改善生态环境。相信有不少朋友都在玩“蚂蚁森林”，看着播种下的一颗颗树苗，感叹也不枉自己每天早晨调好闹钟冒着被好友拉黑的风险收取绿色能量了。其实“蚂蚁森林”最大的贡献并不在于种了多少树，而是把环保的理念深深植入了每个人的心中。
胡杨图鉴（图片来源：蚂蚁森林）
在荒漠化严重的地区搞绿化，一时半会儿是做不到的，需要几代人甚至十几代人共同努力。中国政府于1978年启动了 “三北防护林工程”，之后又于1999年发起了“退耕还林”工程，它们是中国真正的时代工程。以三北工程为例，启动40多年来，完成造林保存面积3014.3万公顷，在中国东北、西北和华北的广袤土地上铺出了一大片绿意。直接说这个数字大家感受也许不是很直接，东南亚岛国新加坡以干净整洁闻名于世，其国土面积约719.1平方公里，也就差不多把它绿化400多次的水平吧。
三北工程（图片来源：新华社）
有细心的朋友可能会发现上图“2000-2017年全球变绿趋势”中印度好像全境都在变绿，印度也在大规模种树吗？答案是否定的。印度变绿主要是靠农作物面积的增加（占比82%）。印度人口众多，近年来一直在大规模开垦土地耕种粮食，农耕地的过快增长可能会引起为浇灌农作物而过量抽取地下水，进一步导致其枯竭，所以印度的这种发展在某种程度上来说是不可持续的。
地下水抽吸过程示意图（图片来源：美国地质调查局）
变绿or变荒？这是个问题
中国北方大地快速变绿的同时，荒漠化也在快速发展。以青海为例，兰州大学学者李艳丽等2011年的研究发现，柴达木盆地南边同时存在绿洲化和荒漠化两种演变化趋势。近10 年来绿洲化的总面积为1040平方千米，变绿区域主要集中在荒漠化区域与稳定区域之间；荒漠化的总面积为399平方千米，其中80%集中在绿洲边缘，即绿洲的边缘地区相对于其他区域更易于发生荒漠化现象。人类不合理地利用土地与水资源仍是土地荒漠化最主要的成因之一。
此外，如果措施不当，则投入大量人力物力的植树造林工程可能并不能完全达到预期效果。北京林业大学学者曹世雄于2011年在 Earth-Science Reviews 上发表文章，题目翻译成中文为《中国干旱、半干旱地区过度依赖造林：生态恢复中的经验教训》。曹教授在文中指出，1952到2005年间，中国植树造林工程中只有24%的树木存活了下来；过去30年间中国水土流失程度有所扩大，干旱-半干旱区的沙漠化速率加快。
中国西北地区干旱-半干旱问题是由地形、气候、地理位置多重因素决定的。因此搞绿化不只是一个简单多种树就可以解决的，种上不合适的植物可能会把地下水给抽干，从而使干旱的地方更加干旱，造成相反的效果。同时这也是一个经济问题，西北某些地区好几年才能种活一棵树，承包土地的村民因为没有收益又得大量砍树还债，治沙成果也就随之付之东流，土地荒漠化也可能再次出现。
我国西北地区的绿洲化和荒漠化是两个反向发展又相互博弈的过程。中科院寒旱所学者张克存等2017年的研究发现，我国西北干旱区绿洲化、荒漠化的过快发展会侵占原本的两者过渡区域，进一步加剧生态系统不稳定性。为了研究绿洲-荒漠生态系统的生态维护、社会经济可持续发展等问题，中国科学院也建设起了中国生态系统研究网络（CNEN），旨在对绿洲-荒漠生态系统的大气、水文、植被、土地等要素进行长期连续观测。
西北地区绿洲化、荒漠化同时发展，两者过渡地区被不断侵占（引自Xue et al., 2019）
面对西北地区复杂的生态环境状况，我们又该做点什么呢？对于政府部门而言，需要认识自然、利用知识因地制宜地保护环境，如减少树木的密度，改种灌木或者草本植物，或者是在原生植物环境的基础上进行改良，同时还要兼顾当地农民的长期和短期利益，如有必要还需提供配套的产业链支撑。对于新闻媒体而言，引导大家关注我国生态环境建设是非常有必要的，但也不能时不时地就想搞个大新闻，还需更加理性客观地报道。对我们普通人而言，建立环保意识，低碳生活从我做起，就是为改善环境做出的最大贡献。
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来源：中国科学院大气物理研究所
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