青藏高原近期湖泊变化的时空差异及其原因

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青藏高原湖泊众多,湖泊作为青藏高原下垫面的重要组成部分,对气候变化的响应敏感,不仅通过陆风循环和区域降水影响区域的气候,而且能够通过物质的沉积记录气候变化的信息以及通过热力作用影响着全球的气候变化。近些年来,青藏高原湖泊的变化已经成为研究的热点问题,但以前的研究主要集中在湖泊的面积和水位变化,对于湖泊水量变化的研究非常欠缺。由于青藏高原地形复杂,湖泊面积的变化并不能代表湖泊水量变化,而湖泊的水量变化才能真实反映湖泊的变化。然而由于青藏高原众多湖泊的可达性差,缺少实测的水位变化及测深等信息,且雷达高度计难以覆盖所有的湖泊,阻碍了对于整个青藏高原湖泊的水量变化研究。  本文的研究对象是青藏高原317个大于10 km2的内流湖泊,利用230幅Landsat系列遥感卫星影像获取1976年,1990s年,2000年,2005年和2013年共五期青藏高原湖泊的面积,结合SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)拟合湖泊面积和水量变化关系式,估算1976-1990s,1990s-2000,2000-2005和2005-2013四个时段内湖泊的水量变化。从不同阶段上来看,1976-1990s,大多数湖泊表现出退缩的趋势,水量减少了26.65 Gt(Gt=km3,假设湖水的密度为1000 kg/m3),而1990s之后,大多数湖泊开始快速扩张,1990s到2013年水量增加了140.65 Gt。湖泊的水量增加主要集中在青藏高原中部,而水量的变化主要集中在大湖,大于50 km2以上的湖泊水量变化占总水量变化的87.7%。对于流域尺度的湖泊水量变化来说(计算每个流域内所有湖泊水量变化的总和),青藏高原流域内湖泊变化类型主要分为三种:一直上升型(从1976年湖泊水量处于一直增加的趋势)、下降->上升->上升->上升型(1976到1990s湖泊水量减少,1990s之后湖泊水量表现出快速增加的趋势)和下降->下降->上升->上升型(1976到2000年湖泊水量一直减少,2000之后湖泊水量增加)。这三种类型1976-2013年水量增加量(123.83 Gt)占据1976-2013年所有扩张的湖泊总水量变化(137.37 Gt)的90.1%,是青藏高原湖泊水量变化的主要表现类型。  通过分析湖泊的水量变化与温度、降水和蒸发量变化之间的关系,总体上说,降水和温度与湖泊水量变化变化趋势基本一致,降水的增多和温度的升高导致冰川融水的增多很可能是湖泊变化的重要原因,2000年后蒸发量的减弱对湖泊的扩张起到一定的促进作用。分析冰川补给区与非冰川补给区单位面积上水量变化的差异,表明2000年之前临近的两种类型湖泊水量变化差异较小,然而2000年之后随着温度的升高,水循环加剧,冰川(融水,地下水以及水分的蒸发影响区域降水)对湖泊的补给增多,这两种类型差异较大,冰川补给区的变化量是非冰川补给区的近一倍,因此2000年之前降水是湖泊变化的主要原因,2000年之后冰川对湖泊扩张起到了重要的作用。  利用ALD(Active Layer Depth)模型计算冻土融水对流域水量的贡献,GLDAS(the Global Land Data Assimilation System, NOAH/MOSIC/VIC)和CPC(Climate Prediction Center)数据估算土壤湿度的变化,利用GRACE(GravityRecovery and Climate Experiment)卫星估算陆表水储量的变化,通过对比湖泊水量变化与其他各个要素的关系,结果表明2005-2013年间,降水是湖泊扩张的主要原因,随着温度的升高,冰川融水(径流、地下水以及蒸发产生降水)对西北部和东部的湖泊扩张起到了重要的作用。对于青藏高原湖泊水量变化的空间差异及其原因的分析,有助于我们更加深刻地理解青藏高原地表过程的变化以及对预测未来湖泊的变化提供依据。
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