前沿资讯| 基于卫星影像数据揭示近三十年全球湖泊储水量的普遍下降趋势

湖泊维持着各种各样的生态系统，并为农业、水力发电和直接的人类消费提供重要的水资源。湖泊整合了包括降水、径流和蒸散发在内的多个流域尺度的气候过程，因此经常被称为“气候变化的哨兵”。湖泊的储水量因此反映了短期和长期的气候波动。然而，将湖泊储水量的变化归因于气候是复杂的，因为直接的人类活动，如水库管理、取水和土地利用变化也会影响湖泊储水量。在最新一期的Science中，Yao等人提供了1992年至2020年湖泊储水量度趋势的数据，并将其归因于人类活动和气候模式。

湖泊储水量的波动主要受到湖泊流域降水和蒸散发之间的平衡驱动。随着气候变暖，气温升高和地表能量平衡的变化，蒸散发普遍增加。气候变暖对降水的影响在全球范围内不太一致，但在某些地区（例如北极、上密西西比），降水预计会增加。因此，气候变化可以同时导致湖泊净水量的增加和减少。“旱的旱死、涝的涝死”这句话常用于概括这些模式，尽管其可能在局部地区并不适用；而且局部特征可能使全球尺度趋势的解释复杂化。例如，在青藏高原等地（冰川融化增加导致了水量的净增），其他形式的水储存变化也会影响长期模式。

理解湖泊水储存的长期气候驱动因素的复杂性被直接的人类活动进一步放大，这些活动可以影响自然湖泊和人工管理的水库的储水量。例如，人类用于灌溉的水转移可以导致湖泊的水源减少，从而造成大量的水资源流失。在人工管理的水库中，对储水量的另一威胁是淤积作用，即，大坝的存在和运营使本来会顺流而下的沉积物被截留。随着时间的推移，这些沉积物会积累并降低水库的储水能力。反之，修建新的大坝和水库则可以增加湖泊的储水量。尽管北美和欧洲的大坝建设已经减少，但在亚洲、非洲和南美洲的许多流域，大规模的大坝建设已经改变了湖泊水存储的模式。

通过为全球1980个（文章其它地方也有说是1972个，很奇怪，不知道具体是多少个）大型湖泊建立储水量变异性数据集，Yao等人确定了湖泊水储存的普遍净下降趋势（21.72 ± 2.11 十亿吨/年），并发现变干趋势在全球普遍存在。研究人员将自然湖泊中的这种趋势归因于气温升高和蒸发需求的增加，以及直接的人类活动。这些趋势是全球性的，但在干旱气候区趋势更为明显。约三分之一的自然湖泊全球干旱趋势通过湖泊水储存的增加得到抵消——这种增加主要是由降水和径流引起。分析还揭示了，由于淤积作用，干旱和湿润地区的水库水储存都呈下降趋势——尽管近年来主要发生在湿润地区发生的水库建设导致水库水储存净增加。

对湖泊水储存趋势的这些洞察得益于云计算、卫星测高仪和水库数据集的进步。Yao等人通过将基于Landsat卫星影像绘制的时变水域面积与卫星测高仪测量的水面高程相结合，生成了一个近30年的湖泊体积变异数据集。此前的研究要么关注季节变异，要么受到卫星数据不足的限制。卫星技术和数据可用性的改善或许可以更好地阐明全球水储存变异的模式。例如，NASA的地表水体和海洋地形测量任务将很快为全球数百万湖泊提供定期的水位观测，这可能使得这种分析的范围扩大，并容纳包括更多的水体，包括小湖泊。

干旱地区湖泊水储存的全球性下降符合气候对水循环的“旱的旱死”的影响框架，但湿润地区的干旱趋势使“涝的涝死”部分变得更为复杂。尽管这一结果与先前关于长期湖泊水储存趋势的研究相悖，但它与气候模型分析一致，挑战了“旱的旱死、涝的涝死”框架的全球适用性。在湿润地区的自然湖泊中，蒸散发增加导致的储水量下降表明，我们不应期望湿润流域的水资源增加能够抵消干旱流域的水资源损失。

Yao等人估计，全球近四分之一的人口生活在一个拥有大型的但是正在变干的湖泊的流域中。考虑到这些湖泊对生态系统服务、供水、灌溉和/或水力发电的重要性，湖泊干涸的潜在后果在地方和全球层面上都非常重要。未来的研究可以将观测到的干旱趋势与气候模型相结合，以更好地在从局部到全球的尺度上对这些变化进行约束。

本文转载自微信公众号生态学文献分享

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