蒸發(fā)是全球地表能量平衡的關(guān)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(dāng)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(guān)專家。
蒸發(fā)量與周邊生態(tài)及氣候密切相關(guān)
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(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(fēng)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(fēng)作用將水和水汽從高原向中國東部地區(qū)進(jìn)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(yīng)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(zhǔn)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，不少研究人員通過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(rèn)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(xué)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(guān)儀等設(shè)備，需要前往湖泊區(qū)域架設(shè)觀測儀器并花費大量的人力物力。然而，“由于青藏高原嚴(yán)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(jìn)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(dǎo)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)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(shè)，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(jìn)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(kuò)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(dāng)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(zhǔn)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(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(yīng)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(shè)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(dāng)?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(fēng)向區(qū)域就存在著湖泊效應(yīng)，導(dǎo)致納木錯下風(fēng)向區(qū)域的降雨和降雪相對于其上風(fēng)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(guān)注。”王賓賓說。
