蒸發(fā)是全球地表能量平衡的關鍵環(huán)節(jié)，又是水量平衡的重要組成部分。據(jù)了解，全球有超過60%的降水會以蒸發(fā)的形式返回到大氣中。
近日，我國研究人員發(fā)展了一種新的湖泊蒸發(fā)量估算方法，估算出青藏高原湖泊蒸發(fā)總量為每年517億噸，相當于3570個杭州西湖的水量。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)，湖泊冬季冰面升華水量大約占湖泊年蒸發(fā)量的12.3%—23.5%，是湖泊水量平衡研究重要的組成部分。青藏高原南部湖泊的非結(jié)冰期長度和湖泊蒸發(fā)量都顯著高于北部湖泊。
那么，研究人員究竟為什么要研究青藏高原的湖泊蒸發(fā)?他們又是如何計算出湖泊蒸發(fā)量的?這種方法適用于世界其他湖泊蒸發(fā)測量嗎?為此，科技日報記者采訪了相關專家。
蒸發(fā)量與周邊生態(tài)及氣候密切相關
據(jù)了解，青藏高原平均海拔近4000米，不僅擁有除南北極地區(qū)之外最大的冰川儲量外，也擁有地球上海拔最高、數(shù)量最大的內(nèi)陸湖泊群。青藏高原地區(qū)的湖泊面積近5萬平方公里，占中國湖泊總面積的一半以上。
“它是亞洲許多大江大河的發(fā)源地，包括長江、黃河、瀾滄江、雅魯藏布江、印度河、錫爾河等，都是青藏高原孕育而生的河流。這些河流的水資源養(yǎng)育著亞洲數(shù)十億人口，因此青藏高原就被稱為‘亞洲水塔’。”中國科學院青藏高原研究所研究員馬耀明告訴科技日報記者。
豐富的水資源不斷從這里流出，哺育著青藏高原及其下游區(qū)域的森林、草地、農(nóng)田等，也為下游地區(qū)的魚類、鳥類、動物提供了適宜的棲息環(huán)境，更是人類生產(chǎn)生活的重要保障。
“更重要的是，青藏高原地區(qū)與周邊地區(qū)的水分交換過程，不僅會通過季風系統(tǒng)將印度洋和西太平洋的大量水汽帶到高原地區(qū)，還可以通過大江大河和西風作用將水和水汽從高原向中國東部地區(qū)進行輸送，影響中國東部地區(qū)的降雨過程。”馬耀明說，此外，除了青藏高原與周邊區(qū)域的水分交換，青藏高原巨大的動力和熱力作用，還會通過地氣相互作用過程影響周邊地區(qū)的氣候變化。
作為青藏高原的重要組成部分，這里的湖泊對氣候波動極為敏感，可以看作揭示全球氣候變化與區(qū)域響應的重要信息載體。湖泊蒸發(fā)作為以內(nèi)流湖為主的青藏高原湖泊水量的輸出項，與降水量等都是湖泊水量平衡計算方程中的重要分量，準確測量湖泊蒸發(fā)量是研究湖泊水量和能量平衡的關鍵。近年來，不少研究人員通過各種方法對青藏高原湖泊蒸發(fā)進行了估算。
此前，中國科學院青藏高原研究所等單位的研究人員分別進行了亞洲水塔的冰川、積雪、徑流、湖泊、降雨、陸地蒸散發(fā)等水資源儲量的評估工作，以便獲得對亞洲水塔水資源儲量的初步認識。
不同測量方法結(jié)論差異明顯
事實上，在研究青藏高原湖泊水分循環(huán)過程中，以往對高海拔湖泊的湖—氣相互作用觀測較少。同一湖泊采用不同研究方法得到的湖泊蒸發(fā)量具有明顯差異，且湖泊蒸發(fā)量空間分布及蒸發(fā)總量至今沒有得到確切的數(shù)據(jù)。
“計算湖泊蒸發(fā)量的方法很多，比如基于儀器觀測的方法、基于能量平衡的方法、基于水量平衡的方法以及模型模擬的方法等。”中國科學院青藏高原研究所王賓賓博士說。
基于儀器觀測的方法，主要利用了蒸發(fā)皿和渦動相關儀等設備，需要前往湖泊區(qū)域架設觀測儀器并花費大量的人力物力。然而，“由于青藏高原嚴酷的自然環(huán)境條件和交通不便等因素，短期內(nèi)對大范圍的湖泊蒸發(fā)直接進行觀測并不現(xiàn)實。”王賓賓說，同時由于蒸發(fā)皿水體大小、氣象和環(huán)境背景條件與真實湖泊存在著顯著差異，導致這種觀測方式往往具有很大的局限性。
與此同時，基于水量平衡的方法、能量平衡的方法以及模型模擬的方法需要大量的觀測資料。“以水量平衡為例，我們需要準確知道湖泊區(qū)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，而這些觀測都難以準確獲得，并且已有的觀測也會存在一定的誤差。”王賓賓說。
而模型模擬的方法也需要準確地知道湖泊的深度、透明度等參數(shù)，并且需要大量的氣象資料作為驅(qū)動數(shù)據(jù)，而模型的湖泊過程參數(shù)化方案更需要大量的實際觀測資料進行驗證。傳統(tǒng)的基于能量平衡的方法，需要通過湖泊溫度鏈觀測獲得湖泊熱量存儲量，但青藏高原具有溫度鏈觀測的湖泊目前較少，不足以支撐此類計算方式。
“因此，我們基于非結(jié)冰期湖泊熱量存儲量從整體來看接近于零的合理假設，借助于衛(wèi)星遙感資料和氣象再分析資料，對湖泊蒸發(fā)量進行了估算。”王賓賓說。相比而言，這種估算方法結(jié)合青藏高原湖泊冬季結(jié)冰且多為內(nèi)流湖的區(qū)域特點，也具備可操作性。衛(wèi)星遙感資料的引入可以使研究方法獲得區(qū)域擴展，而氣象再分析資料經(jīng)過青藏高原觀測研究平臺資料的驗證具有更為可靠的精度保證。
“因為青藏高原的湖泊大概有5萬平方公里，按照每年蒸發(fā)量平均計算，每年的平均蒸發(fā)深度為900—1000毫米。”王賓賓說，這屬于一個正常的蒸發(fā)量，蒸發(fā)的水汽到空氣中還會形成雨雪降落到地面，這是一個自然水循環(huán)的過程。另外，在當前氣候變暖的背景下，青藏高原水循環(huán)過程是在加快的。
新估算方法基于衛(wèi)星遙感資料得到了青藏高原75個大型湖泊的湖泊蒸發(fā)量、冰物候特征及其蒸發(fā)水資源量，這些數(shù)據(jù)對于未來準確估算湖泊的水儲量及其變化有重要意義。
新測量方法并非適用于所有湖泊
那么這種方法是否適用其他湖泊蒸發(fā)量測量呢?
對此，王賓賓表示，這一新的湖泊蒸發(fā)量估算方法考慮到了青藏高原湖泊的具體特性，例如這里大多數(shù)為內(nèi)流湖、通常具有時間長短不一的結(jié)冰期等。如果想用這種新方法對世界上其他地區(qū)的湖泊年均蒸發(fā)量進行估算，通常也需要對具體湖泊的特性進行具體分析以便應用。
但是，對于一些湖泊來說，這種估算方法可能并不適用，比如湖泊具有水量巨大的入流和出流，這些入流和出流通常伴隨著大量的能量交換，使得湖泊水體熱量存儲項可忽略的重要假設難以成立。
“必須要明確的一點是，因為青藏高原湖泊面積相對于陸地面積來說比較小，因此湖泊蒸發(fā)量相對于陸地蒸散發(fā)量來說是比較小的。所以從整個青藏高原地區(qū)來看，湖泊蒸發(fā)量對于氣候環(huán)境的影響不會太大。”王賓賓在談及湖泊蒸發(fā)量對于氣候環(huán)境研究的意義時強調(diào)。
但是在一些具體的湖泊流域，湖泊蒸發(fā)量對當?shù)貧夂颦h(huán)境的影響就比較大。王賓賓舉例說，納木錯流域由于湖泊的存在，在納木錯下風向區(qū)域就存在著湖泊效應，導致納木錯下風向區(qū)域的降雨和降雪相對于其上風向區(qū)域更高。
“青藏高原到底有多少水?青藏高原的水資源在氣候變暖背景下會出現(xiàn)怎樣的變化趨勢?對于這些問題，我們一直都在重點關注。”王賓賓說。記者 陸成寬
關鍵詞： 青藏高原
