研究沙尘和干旱对气候变化的影响

大气尘埃在地球气候系统中起着关键作用。虽然它可以产生积极的影响，例如给土壤施肥，但灰尘也会对我们星球的生态系统产生负面影响，影响从天气到全球变暖的方方面面。

例如，在包括亚利桑那州、科罗拉多州、犹他州和新墨西哥州的部分地区在内的四角地区，数百万人依赖圣胡安山脉积雪融化并最终流入科罗拉多河的水。大气中的灰尘落在雪上，使雪变暗并加速融雪。随着雪融化得更快，它蒸发得更快，影响了已经受到极端干旱影响的地区的供水。

NAU 地球与可持续发展学院的副教授 Nick McKay 和他的古气候学家团队多年来一直在研究这个特别容易受到气候变化影响的高海拔地区的尘埃。通过 Bob 和 Judi Braudy 于 2016 年的私人捐赠资助，他们与康奈尔大学的科学家合作，研究“四个角落地区的干旱-沙尘关系及其对社会的影响”第一阶段的沙尘和干旱影响。现在，在同一捐助者的额外资助下，合作者将继续他们的研究五年。

“很难夸大布劳迪的礼物的影响，”麦凯说。“它让我们可以自由地追求一些传统机制难以支持的高风险前沿科学，同时支持三名研究生和几名本科生。它帮助在 NAU 培养了新一代科学家. Toby 和我很高兴 Braudys 有兴趣在一个新的、令人兴奋的方向上资助更多的研究。”

康奈尔大学团队由副教授兼气候科学家托比·奥尔特领导，其中包括研究助理卡洛斯·卡里略。除了首席研究员 (PI) McKay 之外，NAU 团队还包括助理研究教授 Cody Routson、Stephanie Arcusa，她领导了 NAU 在项目第一阶段的工作，并完成了她的博士学位。2020 年 12 月，现在是亚利桑那州立大学的博士后研究员和博士学位。学生 Frank Telles，他加入了 McKay 的第二阶段团队。Telles 是来自新墨西哥州 Chiricahua Apache Nation 的土著学生。除了对气候科学的热情，Telles 还致力于开展研究，最终帮助该地区的土著人民，包括纳瓦霍、霍皮、乌特和祖尼部落。

在第一阶段，合作者取得了一些重要突破，发现了沙尘、干旱、土地利用和气候变化的新维度。在康奈尔大学，Ault 和 Carrillo 介绍了模拟该地区干旱和沙尘的大规模影响的新方法。

在 NAU，McKay 和 Arcusa 使用湖泊沉积物开发了过去 15,000 年尘埃沉积的新古气候记录，并将它们与树木年轮和其他自然档案中的干旱记录进行了比较。

“斯蒂芬在第一阶段的工作最大的惊喜是，沙尘和干旱之间的自然关系比我们想象的要微妙得多，”麦凯说。

“从湖泊记录中，我们看到西南地区今天比过去 11,000 年更加尘土飞扬，在 1800 年代中期达到峰值，但这与干旱记录无关，”Arcusa 说。

NAU 团队在同行评审期刊The Holocene上发表了其早期研究结果，他们在其中指出，“我们的研究结果表明，尽管科罗拉多高原自然容易出现尘土飞扬，但干旱是山区尘埃堆积的次要驱动因素。这表明尽管预计区域干旱会增加，但旨在减少土地干扰的土地使用管理决策可以减轻未来的灰尘积聚。”

科学家们发现，尘埃的积累受到破坏性人类活动和土地使用(如放牧)的严重影响，研究小组假设，这使得尘埃排放对干旱更加敏感。

该团队利用第一阶段未解决的问题制定第二阶段的研究目标，在此期间，他们将部署康奈尔大学正在设计的无人驾驶飞机，以追踪亚利桑那州东北部和四角地区大气中的沙尘暴，并收集尘埃样本和用于研究的数据。他们还将使用配备低成本传感器的气象气球来跟踪从地表到大气的尘埃流。

McKay 和他的团队都是他的古气候动力学实验室的一部分，他们使用过去气候变化的自然记录来了解我们对气候动力学的理解。他们研究从热带到北极地区的自然气候变化，时间尺度从几年到几千年，空间尺度从半球到米。

“我的很多研究都是在非常大的空间尺度上进行的，所以我喜欢在当地工作并解决直接影响亚利桑那州北部的问题，”麦凯说。“尘埃对社会有很多影响，影响人类健康和安全、积雪和水资源、农业和旅游业，但我们仍然需要了解气候如何影响尘埃、尘埃如何在大气中移动以及如何预测何时以及将发生沙尘暴的地方。”