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蒸發(fā)是全球地表能量平衡的關(guān)鍵環(huán)節，又是水量平衡的重要組成部分。據了解，全球有超過(guò)60%的降水會(huì )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(gè)杭州西湖的水量。

此外，研究還發(fā)現，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冰期長(cháng)度和湖泊蒸發(fā)量都顯著(zhù)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(fǎng)了相關(guān)專(zhuān)家。

蒸發(fā)量與周邊生態(tài)及氣候密切相關(guān)

據了解，青藏高原平均海拔近4000米，不僅擁有除南北極地區之外最大的冰川儲量外，也擁有地球上海拔最高、數量最大的內陸湖泊群。青藏高原地區的湖泊面積近5萬(wàn)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(cháng)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育著(zhù)亞洲數十億人口，因此青藏高原就被稱(chēng)為‘亞洲水塔’。”中國科學(xué)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(zhù)青藏高原及其下游區域的森林、草地、農田等，也為下游地區的魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、動(dòng)物提供了適宜的棲息環(huán)境，更是人類(lèi)生產(chǎn)生活的重要保障。

“更重要的是，青藏高原地區與周邊地區的水分交換過(guò)程，不僅會(huì )通過(guò)季風(fēng)系統將印度洋和西太平洋的大量水汽帶到高原地區，還可以通過(guò)大江大河和西風(fēng)作用將水和水汽從高原向中國東部地區進(jìn)行輸送，影響中國東部地區的降雨過(guò)程。”馬耀明說(shuō)，此外，除了青藏高原與周邊區域的水分交換，青藏高原巨大的動(dòng)力和熱力作用，還會(huì )通過(guò)地氣相互作用過(guò)程影響周邊地區的氣候變化。

作為青藏高原的重要組成部分，這里的湖泊對氣候波動(dòng)極為敏感，可以看作揭示全球氣候變化與區域響應的重要信息載體。湖泊蒸發(fā)作為以?xún)攘骱橹鞯那嗖馗咴此康妮敵鲰棧c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(guān)鍵。近年來(lái)，不少研究人員通過(guò)各種方法對青藏高原湖泊蒸發(fā)進(jìn)行了估算。

此前，中國科學(xué)院青藏高原研究所等單位的研究人員分別進(jìn)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。

不同測量方法結論差異明顯

事實(shí)上，在研究青藏高原湖泊水分循環(huán)過(guò)程中，以往對高海拔湖泊的湖—氣相互作用觀(guān)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(méi)有得到確切的數據。

“計算湖泊蒸發(fā)量的方法很多，比如基于儀器觀(guān)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(xué)院青藏高原研究所王賓賓博士說(shuō)。

基于儀器觀(guān)測的方法，主要利用了蒸發(fā)皿和渦動(dòng)相關(guān)儀等設備，需要前往湖泊區域架設觀(guān)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，短期內對大范圍的湖泊蒸發(fā)直接進(jìn)行觀(guān)測并不現實(shí)。”王賓賓說(shuō)，同時(shí)由于蒸發(fā)皿水體大小、氣象和環(huán)境背景條件與真實(shí)湖泊存在著(zhù)顯著(zhù)差異，導致這種觀(guān)測方式往往具有很大的局限性。

與此同時(shí)，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(guān)測資料。“以水量平衡為例，我們需要準確知道湖泊區域的降雨量、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(guān)測都難以準確獲得，并且已有的觀(guān)測也會(huì )存在一定的誤差。”王賓賓說(shuō)。

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，并且需要大量的氣象資料作為驅動(dòng)數據，而模型的湖泊過(guò)程參數化方案更需要大量的實(shí)際觀(guān)測資料進(jìn)行驗證。傳統的基于能量平衡的方法，需要通過(guò)湖泊溫度鏈觀(guān)測獲得湖泊熱量存儲量，但青藏高原具有溫度鏈觀(guān)測的湖泊目前較少，不足以支撐此類(lèi)計算方式。

“因此，我們基于非結冰期湖泊熱量存儲量從整體來(lái)看接近于零的合理假設，借助于衛星遙感資料和氣象再分析資料，對湖泊蒸發(fā)量進(jìn)行了估算。”王賓賓說(shuō)。相比而言，這種估算方法結合青藏高原湖泊冬季結冰且多為內流湖的區域特點(diǎn)，也具備可操作性。衛星遙感資料的引入可以使研究方法獲得區域擴展，而氣象再分析資料經(jīng)過(guò)青藏高原觀(guān)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(wàn)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(shuō)，這屬于一個(gè)正常的蒸發(fā)量，蒸發(fā)的水汽到空氣中還會(huì )形成雨雪降落到地面，這是一個(gè)自然水循環(huán)的過(guò)程。另外，在當前氣候變暖的背景下，青藏高原水循環(huán)過(guò)程是在加快的。

新估算方法基于衛星遙感資料得到了青藏高原75個(gè)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，這些數據對于未來(lái)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，例如這里大多數為內流湖、通常具有時(shí)間長(cháng)短不一的結冰期等。如果想用這種新方法對世界上其他地區的湖泊年均蒸發(fā)量進(jìn)行估算，通常也需要對具體湖泊的特性進(jìn)行具體分析以便應用。

但是，對于一些湖泊來(lái)說(shuō)，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(zhù)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(diǎn)是，因為青藏高原湖泊面積相對于陸地面積來(lái)說(shuō)比較小，因此湖泊蒸發(fā)量相對于陸地蒸散發(fā)量來(lái)說(shuō)是比較小的。所以從整個(gè)青藏高原地區來(lái)看，湖泊蒸發(fā)量對于氣候環(huán)境的影響不會(huì )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(shí)強調。

但是在一些具體的湖泊流域，湖泊蒸發(fā)量對當地氣候環(huán)境的影響就比較大。王賓賓舉例說(shuō)，納木錯流域由于湖泊的存在，在納木錯下風(fēng)向區域就存在著(zhù)湖泊效應，導致納木錯下風(fēng)向區域的降雨和降雪相對于其上風(fēng)向區域更高。

“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(huì )出現怎樣的變化趨勢?對于這些問(wèn)題，我們一直都在重點(diǎn)關(guān)注。”王賓賓說(shuō)。(記者 陸成寬)