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    HESS:水熱通量相位差影響青藏高原湖泊水位季節變化

      

      青藏高原湖泊眾多,是“亞洲水塔”的重要組成部分。受氣候變化影響,青藏高原內陸區大多數湖泊自90年代末出現顯著擴張,但高原南部湖泊出現一定的萎縮。湖泊變化對區域生態環境產生了一定影響。由于地處偏遠、氣候環境惡劣,青藏高原內陸區系統的湖泊水文氣象觀測資料較少,限制了人們對湖泊水文過程的認識。在多年連續觀測的基礎上,中科院青藏高原研究所環境變化與多圈層過程團隊類延斌副研究員與其合作者,通過能量平衡方法(波溫比)計算了2015-2017年青藏高原南部佩枯錯7天平均的湖面蒸發量,發現由于湖水儲熱量巨大,佩枯錯湖面蒸發最大值滯后凈輻射約5個月,水熱通量的相位差導致湖水水位在季風降水期間明顯升高,而在季風結束后明顯下降。該研究結果在一定程度上解釋了為什么高原深水湖泊比淺水湖泊季節變化幅度大、高原南部湖泊比北部湖泊季節變化幅度大。

      佩枯錯位于青藏高原南部,流域面積2377 km2,流域內冰川面積130 km2。對該湖水量變化的研究結果表明,佩枯錯平均水深約40.2米,最大水深72.8米,總儲水量108.5億噸。在季節尺度上,湖水水位1-5月緩慢下降,6-9月快速升高,9-12月快速下降。在年際尺度上,過去40年,佩枯錯水位下降了3.7米,儲水量減少了10.2億噸,占總儲水量的8.5%。佩枯錯水位下降與喜馬拉雅地區氣候的暖干化一致,區域降水減少可能是佩枯錯萎縮的主要原因。

      自2015年,研究團隊在佩枯錯南湖(42m水深)和北湖(70m水深)分別安裝了湖溫廓線監測儀,同時在岸邊安裝了大氣溫濕度監測儀,在此基礎上通過能量平衡方法計算七天平均湖面蒸發。湖溫廓線監測結果顯示,佩枯錯湖水每年7-10月出現分層,8月底表層湖水溫度最高,而10月底底層湖水溫度才達到最高,溫躍層出現在水深15米左右。每年11月至翌年5月,佩枯錯湖水溫度在垂直剖面上達到一致,不存在明顯分層。

      作為深水湖泊,佩枯錯巨大的儲熱量顯著改變湖面熱通量的季節分配。每年4-7月,太陽輻射處于高值,這一時期約66.5%的能量被用來加熱湖水,湖面熱通量處于低值,湖泊蒸發也處于全年的低值(1.7 mm/day)。每年10月至翌年1月,盡管太陽輻射處于低值,但是湖水春夏季儲存的熱量在這時釋放,湖面熱通量處于高值,湖泊蒸發也處于全年高值(5.4 mm/day)。季節尺度上,佩枯錯湖面蒸發與凈輻射存在大約5個月相位差。2015-2017年佩枯錯湖面非結冰期(5-12月)年總蒸發量平均值為975±142 mm。

      對于深水湖泊來說,水熱通量的相位差影響湖水位季節變化幅度。每年秋冬季,降水和入湖徑流處于低值,而此時湖面蒸發處于全年最高值,湖水水位快速下降(3.8 mm/day)。在夏季季風降水期,降水和冰雪融水處于全年高值,而此時湖面蒸發較低,湖水水位出現快速上升。對于淺水湖泊,由于湖水儲熱量小,湖面蒸發的高值出現在春夏季節,與季風降水的時間較一致;秋冬季節降水和入湖徑流較低時,蒸發也較低,這就導致淺水湖泊的水位季節變化較小。同理,湖面蒸發的季節差異可能也是高原南北部湖泊水位季節變化幅度不一致的重要原因。

      近日,該研究結果以“Contrasting hydrological and thermal intensities determine seasonal lake-level variations – a case study at Paiku Co on the southern Tibetan Plateau”為題發表在國際水文學雜志《Hydrology and Earth System Sciences》上。我所類延斌副研究員為論文第一和通訊作者。本研究獲得第二次青藏高原綜合科學考察研究(2019QZKK0201)、中國科學院A類戰略性先導科技專項(XDA2006020102)、國家自然科學基金項目(41971097 and 21661132003)和青促會項目(2017099)的資助。

      論文鏈接1  論文鏈接2

        

      圖1 佩枯錯湖泊水量平衡觀測點位置(a)及等深線(b)和湖溫廓線監測圖(c)

       

      圖2 2015-2018年佩枯錯南部(水深42 m, 上)和北部(水深72 m, 下)湖區湖水溫度(oC)等值線圖

       

      圖3 2015-2018年佩枯錯水量平衡的主要分量蒸發(a)、降水/河水水位(b)和湖水水位(c)季節變化特征

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