現在，全球的湖泊也有自己的高清地圖啦。

前不久《Nature-Water（自然-水）》刊登了南方科技大學環境科學與工程學院副教授馮煉課題組的最新研究成果。

來源丨Nature Water官網

團隊以全球9萬多個湖泊為對象，研究并繪制了從1981年到2099年間的高時間分辨率的湖泊表面溫度數據集，又稱湖泊表面“溫度地圖”。這是目前為止繪制范圍分布最廣、時間跨度最長、精度最高的湖泊“溫度地圖”，它的出現，能夠為全球氣候變暖應對策略和生態環境保護提供新的思路。

全球湖泊溫度變化趨勢的空間差異和時間變化來源丨Nature Water官網

那么，為什么要測量湖泊表面溫度呢？全球湖泊又面臨著什么樣的困境？話不多說，今天小編就來給大家詳細介紹一下。

1 為什么要進行湖泊數據收集？

眾所周知，隨著全球二氧化碳排放量的增長，全球變暖日益加劇，我們面臨著前所未有的氣候挑戰。隨著氣溫的不斷升高，全球湖泊溫度在不斷上升，從1981年2020年，全球湖泊溫度每十年間平均上漲0.24℃。藻華會奪走水中的氧氣，科學家預計下個世紀湖泊中的藻華數量將增加20%。對魚類和動物有毒的藻華將增加5%。如果這種速度持續下去，甲烷（溫室效應比二氧化碳強25 倍）的排放量將在未來10 年增加4%。甲烷排放的增加又會加劇全球變暖的趨勢。而且，湖泊溫度上升還會導致水分蒸發加快，進而使得全球湖泊面臨著萎縮的困境。

今年5月，期刊《Science》刊載了一篇研究論文，來自美國科羅拉多大學博爾德分校等的研究團隊利用衛星觀測數據、氣候數據和水文模型，針對全球1051個大型湖泊和921個大水庫進行觀測，發現整體上看，全球湖泊水庫的蓄水量呈下降趨勢，年均減少量高達220億噸，約等于美國在1995年全國的全年用水量。此次研究觀測的湖泊蓄水量約占全球湖泊蓄水量的96%，也說明了近30年間，全球湖泊縮水現象十分嚴峻。

2000年-2022年衛星拍攝的美國米德湖變化來源丨澎湃新聞

湖泊是陸地生態系統重要的組成部分，為全球上千種魚類、水生生物提供了生存家園，還孕育著眾多的鳥類和動植物。湖泊還是地球淡水資源的重要來源，為人類的生產和生活提供必要用水，也是漁業、水產養殖業和旅游業等多個行業發展的基礎。湖泊及其周圍環境構筑著一個復雜又無比重要的生態圈，一旦萎縮消失，將使地球物種生存面臨巨大的威脅，對人們生活造成不良影響。

湖泊蓄水量的變化主要受氣候因素影響，因此，為了保護生態環境和水資源的可持續發展，關注湖泊溫度變化十分重要。

2 什么是高分辨率湖泊溫度數據集？

高分辨率湖泊溫度數據集，即針對湖泊溫度數據的精準測量，是了解湖泊的溫度變化以及驅動機制的重要材料。

湖泊溫度數據集在湖泊研究領域并不是新鮮事，但在過去，湖泊溫度數據集存在諸多問題，比如湖泊空間分布范圍較小、時間跨度不長、數據來源標準并不統一等等；而關于湖泊溫度的研究手段如遙感觀測，也容易受云干擾等影響，甚至出現數據缺失等情況。

因此，過去所測量出的湖泊溫度數據集往往不能夠準確地反映出湖泊的溫度變化規律，為了能更好地獲取湖泊溫度數據集，來自南方科技大學的研究團隊絞盡腦汁，終于想出了一個好法子。

研究團隊將衛星觀測和數值模擬手段進行結合，通過將近300萬張的熱紅外遙感圖像反演的湖泊溫度觀測數據結果作為邊界條件，對全球范圍內92245個大小湖泊進行了小時尺度、逐湖泊對象的不斷模擬，進而確定出每個湖泊的最佳的參數方案。

全球湖泊數量及面積分布來源丨 南方科技大學新聞網

基于這樣的觀測手段，研究團隊歷經3年時間，最終建立起了全球湖泊從1981年到2020年間（歷史時期）小時尺度和2021年到2099年（未來時期）日尺度的高分辨率湖泊表面溫度數據集，與實測的湖泊溫度數據誤差只有1℃左右，而全世界另一個來自歐洲團隊的覆蓋全球湖泊的數據集誤差約有2℃。

由此可見，新的數據集相比原有的湖泊溫度數據集，覆蓋的時間跨度更長、空間分布更廣、精度也更高，能呈現全球湖泊在不同的季節時間段、不同的緯度地區的表面溫度變換，對于科學家們研究湖泊變化與環境保護能起到更有效的參照作用。

3 有關湖泊生態系統的新發現

除了湖泊表面溫度數據，在實際研究中，研究團隊也發現了一些有關湖泊溫度變化的新訊息。

從整體上看，全球湖泊整體普遍呈現出變暖趨勢，但該團隊表示，湖泊溫度變化速率較湖上氣溫變化要慢一些，這說明了湖泊在應對氣候變化上有一定的自我調節能力。

此外，不同地區湖泊的溫度變化速率也各不相同，比如北極地區的湖泊升溫速率是其他地區湖泊升溫速率的兩倍多。這個發現在另一項研究中也被證實。

由中國科學院南京地理與湖泊研究所研究團隊的實驗中，運用了隨機森林和方差分解分析的方法，針對夏季全球345個溫帶湖泊的溫度觀測，發現湖泊上層水溫比氣溫的增長速率更快，但湖泊下層水溫卻出現變冷趨勢。

即便是在氣候特征相同的地區里，不同湖泊的水溫變化速率也各不相同，深水湖泊、尤其是高海拔、流域土地利用以自然土地利用為主的湖泊，對于全球變暖的響應更加敏感，這同樣說明了不同湖泊對于氣候變化的敏感性存在差異。

湖泊水溫主要影響因子，ATT表示氣溫變化速率，ETT表示湖泊上層水溫變化速率，HTT表示湖泊下層水溫變化速率

來源丨Controls of thermal response of temperate lakes to atmospheric warming

這個發現有助于人們更好地預測湖泊生態系統在響應氣候變化方面的能力，避免采用一刀切的方式來管理所有的湖泊生態系統，而考慮到不同湖泊敏感性差異而選擇制定更有效、針對性更強的應對策略。水是生命之源，湖泊是人類和地球共同的的寶貴資源，全球湖泊“溫度地圖”的出現，讓現有的湖泊生態系統研究邁上了全新臺階，但對于湖泊萎縮的現狀，我們尚沒有更多的有效措施得以解決。

未來，我們希望能有更多的研究投入其中，深入探索湖泊溫度監測，研究如何將現有的資料應用到湖泊藻華爆發、水生生物棲息地變化、溫室氣體排放等領域，以此了解更多由于湖泊熱變化導致的生態環境改變。

來源: 北京科學中心