近年來,極端高溫事件在全球范圍內的發生頻率和強度均顯著增加,氣候變化進入新常態,給經濟社會的可持續發展帶來了嚴重威脅。湖泊是地球表層的重要地理單元,也是地表水資源的重要載體,與人類生產與生活息息相關。此外,湖泊對對氣候變化極為敏感,是全球環境變化與區域氣候的敏感指示器和調節器。極端高溫會導致湖泊表層水溫急劇上升,快速破壞湖泊的物理、化學和生物特性,從而擾亂整個湖泊生態系統,導致不可逆的嚴重后果。
中國科學院南京地理與湖泊研究所施坤等研究人員聯合英國班戈大學R.Iestyn Woolway博士,利用1985-2022年的ERA5-Land(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Reanalysis v5-Land)的氣溫數據作為驅動數據,以由NASA和USGS提供的Landsat地表溫度產品作為湖泊表層水溫的參考,結合物理/統計混合模型Air2Water,構建了2260個大于1km2湖泊的長時間序列表層水溫數據集,對比分析了去除極端高溫前后全國夏季氣溫、湖泊上方氣溫和湖泊表層水溫的變化規律,量化了1985–2022年極端高溫事件對我國湖泊變暖的貢獻。
研究發現,1985年至2022年,我國平均經歷了約454天的極端高溫。總體而言,極端高溫天數呈上升趨勢,每10年約增加2.08天,極端高溫強度也逐漸上升,每10年約增加0.03℃/天。在去除極端高溫之后,我國的氣溫平均變化從0.32±0.10℃/十年減少至0.17±0.08℃/十年。
研究進一步量化了極端高溫對湖泊表層水溫長期變化的影響。去除極端高溫后,平均累積熱量從172.98°C下降到66.65°C,極端高溫強度從0.43°C/天下降到0.19°C/天。此外,湖泊表層水溫的平均變化從0.16°C/十年降至0.13°C/十年,意味著極端高溫的變化也在很大程度上導致湖泊表層水溫的升高。盡管湖泊上方氣溫的極端高溫天數僅占研究時期(約459天)的3%,但在1985-2022年間,極端高溫對中國湖泊表層水溫變化的貢獻高達36.5%。這說明,短期極端高溫的發生可以在季節、年度甚至更長時間尺度上對湖泊系統產生深遠影響。
該成果有助于深入理解氣候變化對湖泊生態系統的影響,在極端高溫事件頻發的氣候變化新常態下,對于構建極端高溫事件風險評估和預警系統,建立新的湖泊適應戰略和應對機制具有重要科學和現實意義。
研究得到國家自然科學基金(聯合基金重點項目、優秀青年基金)、第二次青藏科考、中國科學院南京地理與湖泊研究所青年科學家小組等項目的聯合資助。相關成果近期發表在國際權威學術期刊Nature Communications上。中國科學院南京地理與湖泊研究所施坤研究員為通訊作者,主要合作者包括張運林、秦伯強研究員以及英國班戈大學R.Iestyn Woolway博士等。