青藏高原大湖蒸发对气候变化的响应及其对湖泊水量变化的影响

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青藏高原被称为地球的“第三极”,分布着众多湖泊。在全球气候变化的大背景下,近三十年青藏高原气候变化非常明显,引起了湖泊水量平衡的显著变化。自1990年代中期以来,羌塘高原湖泊快速扩张,而喜马拉雅地带湖泊收缩。湖泊蒸发作为湖泊水量平衡的重要因素,其对湖泊水量变化的贡献少有定量研究。本研究利用Flake湖泊模型分析青藏高原典型大湖蒸发对气候变化的响应及其对湖泊水量变化的影响。主要研究内容和结论如下:  (1)以资料较丰富的高原典型湖泊纳木错为例,定量评估了Flake湖泊模型对高原湖泊蒸发的模拟能力。利用纳木错观测站的观测数据,校正了中国高时空分辨率气象数据,驱动湖泊模型。与观测的纳木错湖水温度廓线和MODIS湖面温度数据比较,Flake模型对湖温廓线的模拟略偏高,但能够较好地模拟出湖面温度及其冻融过程,特别是能够较准确地模拟湖面感热通量和蒸发潜热,验证了Flake模型对青藏高原湖泊蒸发模拟的适用性。对模拟的湖面年蒸发的误差分析表明,纳木错湖面多年平均年蒸发量约为832mm,不确定性为69mm。  (2)发现彭曼公式计算的潜在蒸发年总量高于湖面实际蒸发,并从能量分配的角度揭示了高估的原因。在青藏高原湖泊水量平衡的研究中,常用彭曼公式计算的潜在蒸发近似湖泊蒸发量。利用彭曼公式计算蒸发潜热需要输入湖泊储热量,而湖泊储热量难以确定,因此往往被忽略或应用经验公式确定。但是观测结果表明,深湖在夏季的储热量很大,在秋冬季以感热和蒸发潜热的形式释放出来。研究发现湖泊夏季的波文比小于秋冬季的波文比,因此这一因储热引起的能量平衡滞后导致深湖的实际蒸发小于潜在蒸发。基于两种湖泊深度(1m和40m)的敏感性模拟也表明,当湖泊很浅时湖面蒸发近似于潜在蒸发,但湖泊很深时,潜在蒸发的年蒸发量和季节变化均不同于湖面蒸发。  (3)对比分析了高原南部、中部和北部三个大湖(羊卓雍错、纳木错、青海湖)的蒸发量及其年代际变化。模拟发现,南部的羊卓雍错湖泊年蒸发量最大(999mm),中部的纳木错蒸发量次之(832mm),北部的青海湖年蒸发量最小(659mm)。羊湖和纳木错蒸发最大值出现在入秋后,羊湖蒸发的季节差异相对小于纳木错的季节差异。青海湖蒸发最大值出现在夏季,季节差异也大。三个湖泊蒸发季节变化的差异,不仅与不同湖泊深度引起的湖泊储热不同有关,也与不同气候条件下湖泊冻结持续时间有关;湖泊蒸发的年代际变化,主要是由于升温和辐射变化所致。三个湖泊的蒸发均显示出复杂的年代际变化,因而对湖泊水量变化的贡献各异。  (4)分析了湖泊冻结对前期气温和风速的敏感性,并发现两者对湖泊冻结的影响显著,而且风速对湖泊冻结的影响时段更长。冬季青藏高原大部分湖泊出现湖冰,而湖冰的存在会阻止湖泊释放热量,导致湖面蒸发很小。敏感性分析发现湖泊冻结早晚对前期的气温和风速非常敏感,可以使湖泊冻结日期相差三个星期,冻结日期对前期的温度和风速具有同等的敏感性。对于湖泊冻结而言,气温敏感期短于风速敏感期,表明风速对冻结的影响比温度对冻结的影响有更长的记忆。
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