Nature Geoscience：人类活动导致全球湖泊系统变化

以下文章来源于流域面源污染控制与水环境修复 ，作者刘国王辰

流域面源污染控制与水环境修复.

分享流域面源控制方法与水环境修复前沿技术，助力流域水环境学发展。

前沿文献

2021.10.29

人类活动导致全球湖泊系统变化

题目: Attribution of global lake systems change to anthropogenic forcing

杂志:NATURE GEOSCIENCE

文章简介

湖泊为当地群落提供生态系统服务并调节气候。湖泊冰盖和温度的季节性变化是湖泊环境的基础，控制着许多湖泊过程。近几十年来，湖泊温度一直在上升，区域和全球范围内的季节性冰盖一直在下降，这些变化改变了湖泊分层，影响了湖泊生态系统生产力。湖泊冰盖和温度的变化是由于什么造成（自然or人为）的是本文研究的核心问题。

气候变化影响的“检测”通过将观测到的变化与无人类气候条件下的模拟变化进行比较，若观测到的变化与自然变化不一致，则认为人为温室气体排放是解释湖泊持续变化的一个合理选项。这种人为排放的“归因”是通过显示观测到的变化与历史气候影响模拟之间的一致性来实现的。总之，“检测”和“归因”是政府间气候变化评估的基石。

主要结论

1. 气候变化检测和归因

通过使用两种互补的方法和由四个GCMs驱动的五个全球尺度湖泊模型模拟研究湖泊变量中的气候变化检测和归因。由于湖泊温度超出统计范围内，因此不能用工业化前气候可变性（99%置信水平）来解释。对于冰的产生、破裂和持续时间，历史气候强迫（HIST）下的时间序列与ERA5L（土地重分析）非常相似，这为将变化归因于外部作用力提供了有力的证据。总的来说，该统计结果证实了外部作用力和人为排放可以解释湖冰开始、破裂和持续时间的变化。

2. 未来气候预测

到本世纪末，在高排放情景RCP 8.5下，年平均湖泊温度升高，冰盖减少。北美洲南温带和欧亚大陆温带的湖泊温度最高（2070-2099年，比1971-2000年高4-5°C）。在许多北方地区，6月至7、8月的湖泊温度变暖超过全球平均地表气温变暖1倍。这些湖泊对气候的高度敏感性与大气变暖的极地放大和由于冰盖减少和局部分层而产生的局部放大有关。这些空间敏感性模式在各RCP中对于湖温、冰厚度和冰盖指数是一致的。冰的持续时间减少了28-80天，最大的减少发生在沿海地区和斯堪的纳维亚半岛。

在所有未来情景中，全球平均湖泊温度升高，而冰厚度和冰持续时间减少，平均湖温、冰厚和冰盖规模与全球平均水平的气温密切相关。

3. 变化模式

预测揭示了北欧和斯堪的纳维亚海岸以及北美洲远东和西部地区冰持续时间预测中的沿海-内陆梯度，这与之前的研究一致。春季冰层厚度相对于秋季的大幅下降与观测到的北半球周围湖泊冰盖变化一致，这也与较早的冰破裂日期对冰持续时间变化的主要贡献相一致，主要是由于春季气候变化影响更强。在全球平均水平上，对2100年的湖温和冰盖预测与RCP 2.6和6.0一致。

4. ERA5-Land的适用性

全球尺度湖泊建模面临的挑战来自参数值选择、参考产品的时空覆盖率和质量以及控制适当影响等问题。ERA5-Land的湖泊变量是诊断性的，不受遥感或监测数据直接同化的影响，是当前唯一可用的湖泊产品。

借鉴意义

1. 本文涉及大量数据分析及统计学内容，其分析逻辑及文本写作技巧都值得认真学习。

2. 以三个与冰盖相关的参数作为湖泊系统状况研究的评价指标是有借鉴意义的。

3. 本文通过多种模型、多种气候模式模拟，探究出人类活动对于湖泊影响的思路是值得学习的，可加入更多数据考虑更多维度进行精细化分析模拟。

文章信息: Grant, L., Vanderkelen, I., Gudmundsson, L. et al. Attribution of global lake systems change to anthropogenic forcing. Nat. Geosci. (2021).

DOI: 10.1038/s41561-021-00833-x