青藏高原湖泊對(duì)氣候變化響應(yīng)顯著
近36年間，氣候變化給青藏高原湖泊帶來哪些影響？湖泊面積和水量發(fā)生了什么變化？對(duì)湖泊生物地球化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)以及碳源匯產(chǎn)生什么影響？
3月18日，《自然·地球與環(huán)境評(píng)論》（Nature Reviews Earth & Environment）發(fā)表了“亞洲水塔動(dòng)態(tài)變化與影響”任務(wù)“湖泊演變及氣候變化響應(yīng)”專題中國科學(xué)院青藏高原研究所湖泊與環(huán)境變化團(tuán)隊(duì)朱立平研究員等最新研究成果，解釋了上述問題。
該論文的第一和通訊作者，朱立平研究員介紹，青藏高原湖泊是亞洲水塔的重要水資源組成之一，不僅影響到青藏高原以及周邊地區(qū)的水循環(huán)，也在支撐生物多樣性并提供關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面極具價(jià)值。湖泊變化不僅對(duì)氣候和流域水文變化十分敏感，也影響著湖泊生物地球化學(xué)條件，對(duì)水安全、農(nóng)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施等構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。
圖1 1986-2022年青藏高原湖泊面積和水量變化。左下圖為湖泊總面積，右下圖為不同大小的湖泊對(duì)湖泊體積變化的相對(duì)貢獻(xiàn)百分比。湖泊面積和體積變化幅度存在南北差異。
為全面研究青藏高原湖泊對(duì)氣候變化的響應(yīng)和影響，研究團(tuán)隊(duì)量化了1986-2022年間青藏高原湖泊面積和水量的變化趨勢，總結(jié)了湖泊溫度、透明度、鹽度和葉綠素a變化的時(shí)空特征，分析了湖泊變化對(duì)湖泊生物地球化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)以及碳源匯影響的復(fù)雜性，討論了未來湖泊擴(kuò)展帶來的風(fēng)險(xiǎn)和影響，提出了下一步開展青藏高原湖泊變化研究的方向和策略。
圖2 1986-2022年間湖泊物理性質(zhì)的變化
a|湖泊鹽度變化（psu）（左）和所有湖泊年平均鹽度變化（右）。b|湖泊透明度變化(m)（左），所有湖泊年平均透明度變化（右）；c|湖泊表層水溫（°c）的變化（左圖）和各湖泊年平均水溫的變化（右圖）。青藏高原湖泊在變暖、透明度增強(qiáng)和淡化等物理性質(zhì)上存在南北空間差異。
“通過大量的實(shí)地調(diào)查和遙感反演分析發(fā)現(xiàn)，隨著氣候變暖，青藏高原湖泊的規(guī)模、物理和生物地球化學(xué)特征發(fā)生了明顯的變化。”該論文共同通訊作者鞠建廷副研究員說。朱立平研究員進(jìn)一步介紹，自1995年以來，湖泊面積和體積持續(xù)增加，北部湖泊擴(kuò)張最快。1986-2022年，受氣候變暖和降水增加的影響，1 km2以上湖泊總面積從37109 km2增加到46980 km2，蓄水量增加了169.7 km3。大中型湖泊（≥10 km2）平均地表溫度升高1.33℃，南部的升溫速率為0.44℃/10年，高于北部的升溫速率（0.21℃/10年），導(dǎo)致北部的蒸發(fā)量（1056 mm/年）弱于南部（1172 mm /年）。水體平均透明度由1.6m升高到2.76m，平均鹽度從48.76‰降至23.76‰，平均葉綠素a由3.52 mg/l下降到2.53 mg/l，表示水質(zhì)更清潔，生態(tài)環(huán)境趨好。這些變化均表現(xiàn)為北部變化幅度高于南部。
圖3 青藏高原湖泊溫度和鹽度變化與營養(yǎng)物濃度、細(xì)菌、浮游植物和浮游動(dòng)物豐度、營養(yǎng)水平和生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性以及二氧化碳排放的變化之間的廣泛聯(lián)系溫度升高和鹽度降低對(duì)青藏高原湖泊生態(tài)系統(tǒng)的不同組成部分有影響。
盡管外部營養(yǎng)成分輸入仍然較少，浮游植物生產(chǎn)力增加有限，湖泊生物地球化學(xué)的響應(yīng)仍表現(xiàn)為微生物多樣性和營養(yǎng)狀況增強(qiáng)。不同觀測和計(jì)算方法認(rèn)為，青藏高原的湖泊既是大氣二氧化碳的源（2000年代、2010年代和2020年代分別為1.60、6.87和1.16 Tg C/年），也可能是二氧化碳的匯，鹽度較高的湖泊比鹽度較低的湖泊向大氣排放的二氧化碳更強(qiáng)。
圖4 1986-2022年青藏高原湖泊與大氣CO2交換通量（g C m-2 d-1）的變化。向上三角形代表湖泊-大氣排放，向下三角形代表大氣-湖泊吸收；b| 2000年代、2010年代和2020年代所有湖泊CO2通量速率（g C m-2 d-1）的年代際變化。黃色虛線為咸水湖（1-35psu），綠色虛線為淡水湖（<1 psu）。正值表示向大氣二氧化碳凈排放，負(fù)值表示從大氣的二氧化碳凈吸收。
在較高溫室氣體排放情景（SSP5-8.5）條件下，預(yù)計(jì)到2050年，青藏高原湖泊面積將增加近20%，約8000-9000 km2。湖泊擴(kuò)張通過增加熱容而減弱蒸發(fā)，而大湖泊通過大尺度大氣環(huán)流而導(dǎo)致降水增強(qiáng)。封閉湖泊的擴(kuò)張正在通過外溢和潰決對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、人居環(huán)境和牧業(yè)場所構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，并可能影響區(qū)域二氧化碳的源匯效應(yīng)。
為了更好了解青藏高原湖泊變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制及其相關(guān)影響，該文章建議，迫切需要準(zhǔn)確確定每個(gè)湖泊的絕對(duì)儲(chǔ)水量及變化，從而了解它們與主要水系水循環(huán)的關(guān)系；發(fā)展具有明確物理機(jī)制的湖泊水量平衡模型，從而準(zhǔn)確預(yù)測未來氣候變暖情景下湖泊的變化；進(jìn)一步開展不同類型和不同季節(jié)的湖泊原位調(diào)查，識(shí)別對(duì)水質(zhì)參數(shù)更敏感的反射光譜以訓(xùn)練高精度的反演模型，以便及時(shí)從遙感中獲取這些參數(shù)的連續(xù)變化。
圖5 降水增加和冰川融化增強(qiáng)加劇湖泊擴(kuò)張與水位升高，使湖泊透明度增強(qiáng)、鹽度降低和微生物豐度增加，并導(dǎo)致湖泊外溢和潰決增加，給牧場、定居點(diǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施帶來了巨大的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。
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https://www.nature.com/articles/s43017-025-00650-5