青藏高原湖泊一年蒸发掉3570个西湖,科学家是怎样计算的

作者:陆成宽来源:科技日报发布时间:2020-07-13

新测量方法并非适用于所有湖泊。

蒸发是全球地表能量平衡的关键环节,又是水量平衡的重要组成部分。据了解,全球有超过60%的降水会以蒸发的形式返回到大气中。


近日,我国研究人员发展了一种新的湖泊蒸发量估算方法,估算出青藏高原湖泊蒸发总量为每年517亿吨,相当于3570个杭州西湖的水量。


此外,研究还发现,湖泊冬季冰面升华水量大约占湖泊年蒸发量的12.3%—23.5%,是湖泊水量平衡研究重要的组成部分。青藏高原南部湖泊的非结冰期长度和湖泊蒸发量都显著高于北部湖泊。

青藏高原湖泊一年蒸发掉3570个西湖,科学家是怎样计算的


那么,研究人员究竟为什么要研究青藏高原的湖泊蒸发?他们又是如何计算出湖泊蒸发量的?这种方法适用于世界其他湖泊蒸发测量吗?为此,科技日报记者采访了相关专家。


蒸发量与周边生态及气候密切相关


据了解,青藏高原平均海拔近4000米,不仅拥有除南北极地区之外最大的冰川储量外,也拥有地球上海拔最高、数量最大的内陆湖泊群。青藏高原地区的湖泊面积近5万平方公里,占中国湖泊总面积的一半以上。


“它是亚洲许多大江大河的发源地,包括长江、黄河、澜沧江、雅鲁藏布江、印度河、锡尔河等,都是青藏高原孕育而生的河流。这些河流的水资源养育着亚洲数十亿人口,因此青藏高原就被称为‘亚洲水塔’。”中国科学院青藏高原研究所研究员马耀明告诉科技日报记者。


丰富的水资源不断从这里流出,哺育着青藏高原及其下游区域的森林、草地、农田等,也为下游地区的鱼类、鸟类、动物提供了适宜的栖息环境,更是人类生产生活的重要保障。


“更重要的是,青藏高原地区与周边地区的水分交换过程,不仅会通过季风系统将印度洋和西太平洋的大量水汽带到高原地区,还可以通过大江大河和西风作用将水和水汽从高原向中国东部地区进行输送,影响中国东部地区的降雨过程。”马耀明说,此外,除了青藏高原与周边区域的水分交换,青藏高原巨大的动力和热力作用,还会通过地气相互作用过程影响周边地区的气候变化。


作为青藏高原的重要组成部分,这里的湖泊对气候波动极为敏感,可以看作揭示全球气候变化与区域响应的重要信息载体。湖泊蒸发作为以内流湖为主的青藏高原湖泊水量的输出项,与降水量等都是湖泊水量平衡计算方程中的重要分量,准确测量湖泊蒸发量是研究湖泊水量和能量平衡的关键。近年来,不少研究人员通过各种方法对青藏高原湖泊蒸发进行了估算。


此前,中国科学院青藏高原研究所等单位的研究人员分别进行了亚洲水塔的冰川、积雪、径流、湖泊、降雨、陆地蒸散发等水资源储量的评估工作,以便获得对亚洲水塔水资源储量的初步认识。


不同测量方法结论差异明显


事实上,在研究青藏高原湖泊水分循环过程中,以往对高海拔湖泊的湖—气相互作用观测较少。同一湖泊采用不同研究方法得到的湖泊蒸发量具有明显差异,且湖泊蒸发量空间分布及蒸发总量至今没有得到确切的数据。

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“计算湖泊蒸发量的方法很多,比如基于仪器观测的方法、基于能量平衡的方法、基于水量平衡的方法以及模型模拟的方法等。”中国科学院青藏高原研究所王宾宾博士说。


基于仪器观测的方法,主要利用了蒸发皿和涡动相关仪等设备,需要前往湖泊区域架设观测仪器并花费大量的人力物力。然而,“由于青藏高原严酷的自然环境条件和交通不便等因素,短期内对大范围的湖泊蒸发直接进行观测并不现实。”王宾宾说,同时由于蒸发皿水体大小、气象和环境背景条件与真实湖泊存在着显著差异,导致这种观测方式往往具有很大的局限性。


与此同时,基于水量平衡的方法、能量平衡的方法以及模型模拟的方法需要大量的观测资料。“以水量平衡为例,我们需要准确知道湖泊区域的降雨量、湖泊地表入流量和地表出流量、湖泊地下入流量和地下出流量等,而这些观测都难以准确获得,并且已有的观测也会存在一定的误差。”王宾宾说。


而模型模拟的方法也需要准确地知道湖泊的深度、透明度等参数,并且需要大量的气象资料作为驱动数据,而模型的湖泊过程参数化方案更需要大量的实际观测资料进行验证。传统的基于能量平衡的方法,需要通过湖泊温度链观测获得湖泊热量存储量,但青藏高原具有温度链观测的湖泊目前较少,不足以支撑此类计算方式。


“因此,我们基于非结冰期湖泊热量存储量从整体来看接近于零的合理假设,借助于卫星遥感资料和气象再分析资料,对湖泊蒸发量进行了估算。”王宾宾说。相比而言,这种估算方法结合青藏高原湖泊冬季结冰且多为内流湖的区域特点,也具备可操作性。卫星遥感资料的引入可以使研究方法获得区域扩展,而气象再分析资料经过青藏高原观测研究平台资料的验证具有更为可靠的精度保证。


“因为青藏高原的湖泊大概有5万平方公里,按照每年蒸发量平均计算,每年的平均蒸发深度为900—1000毫米。”王宾宾说,这属于一个正常的蒸发量,蒸发的水汽到空气中还会形成雨雪降落到地面,这是一个自然水循环的过程。另外,在当前气候变暖的背景下,青藏高原水循环过程是在加快的。


新估算方法基于卫星遥感资料得到了青藏高原75个大型湖泊的湖泊蒸发量、冰物候特征及其蒸发水资源量,这些数据对于未来准确估算湖泊的水储量及其变化有重要意义。


新测量方法并非适用于所有湖泊


那么这种方法是否适用其他湖泊蒸发量测量呢?


对此,王宾宾表示,这一新的湖泊蒸发量估算方法考虑到了青藏高原湖泊的具体特性,例如这里大多数为内流湖、通常具有时间长短不一的结冰期等。如果想用这种新方法对世界上其他地区的湖泊年均蒸发量进行估算,通常也需要对具体湖泊的特性进行具体分析以便应用。


但是,对于一些湖泊来说,这种估算方法可能并不适用,比如湖泊具有水量巨大的入流和出流,这些入流和出流通常伴随着大量的能量交换,使得湖泊水体热量存储项可忽略的重要假设难以成立。


“必须要明确的一点是,因为青藏高原湖泊面积相对于陆地面积来说比较小,因此湖泊蒸发量相对于陆地蒸散发量来说是比较小的。所以从整个青藏高原地区来看,湖泊蒸发量对于气候环境的影响不会太大。”王宾宾在谈及湖泊蒸发量对于气候环境研究的意义时强调。


但是在一些具体的湖泊流域,湖泊蒸发量对当地气候环境的影响就比较大。王宾宾举例说,纳木错流域由于湖泊的存在,在纳木错下风向区域就存在着湖泊效应,导致纳木错下风向区域的降雨和降雪相对于其上风向区域更高。


“青藏高原到底有多少水?青藏高原的水资源在气候变暖背景下会出现怎样的变化趋势?对于这些问题,我们一直都在重点关注。”王宾宾说。

——《原标题:一年蒸发掉3570个西湖 青藏高原湖泊蒸发量是这样算出来的》

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