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蒸發是全球地表能量平衡的關鍵環節，又是水量平衡的重要組成部分。據了解，全球有超過60%的降水會以蒸發的形式返回到大氣中。
近日，我國研究人員發展了一種新的湖泊蒸發量估算方法，估算出青藏高原湖泊蒸發總量為每年517億噸，相當於3570個杭州西湖的水量。
此外，研究還發現，湖泊冬季冰面升華水量大約佔湖泊年蒸發量的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度和湖泊蒸發量都顯著高於北部湖泊。
那麼，研究人員究竟為什麼要研究青藏高原的湖泊蒸發？他們又是如何計算出湖泊蒸發量的？這種方法適用於世界其他湖泊蒸發測量嗎？為此，科技日報記者採訪了相關專家。
蒸發量與周邊生態及氣候密切相關
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5萬平方公裡，佔中國湖泊總面積的一半以上。
「它是亞洲許多大江大河的發源地，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育著亞洲數十億人口，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裡流出，哺育著青藏高原及其下遊區域的森林、草地、農田等，也為下遊地區的魚類、鳥類、動物提供了適宜的棲息環境，更是人類生產生活的重要保障。
「更重要的是，青藏高原地區與周邊地區的水分交換過程，不僅會通過季風系統將印度洋和西太平洋的大量水汽帶到高原地區，還可以通過大江大河和西風作用將水和水汽從高原向中國東部地區進行輸送，影響中國東部地區的降雨過程。」馬耀明說，此外，除了青藏高原與周邊區域的水分交換，青藏高原巨大的動力和熱力作用，還會通過地氣相互作用過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，這裡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域響應的重要信息載體。湖泊蒸發作為以內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
事實上，在研究青藏高原湖泊水分循環過程中，以往對高海拔湖泊的湖—氣相互作用觀測較少。同一湖泊採用不同研究方法得到的湖泊蒸發量具有明顯差異，且湖泊蒸發量空間分布及蒸發總量至今沒有得到確切的數據。
「計算湖泊蒸發量的方法很多，比如基於儀器觀測的方法、基於能量平衡的方法、基於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。
基於儀器觀測的方法，主要利用了蒸發皿和渦動相關儀等設備，需要前往湖泊區域架設觀測儀器並花費大量的人力物力。然而，「由於青藏高原嚴酷的自然環境條件和交通不便等因素，短期內對大範圍的湖泊蒸發直接進行觀測並不現實。」王賓賓說，同時由於蒸發皿水體大小、氣象和環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，基於水量平衡的方法、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，並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，並且需要大量的氣象資料作為驅動數據，而模型的湖泊過程參數化方案更需要大量的實際觀測資料進行驗證。傳統的基於能量平衡的方法，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，我們基於非結冰期湖泊熱量存儲量從整體來看接近於零的合理假設，藉助於衛星遙感資料和氣象再分析資料，對湖泊蒸發量進行了估算。」王賓賓說。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，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5萬平方公裡，按照每年蒸發量平均計算，每年的平均蒸發深度為900—1000毫米。」王賓賓說，這屬於一個正常的蒸發量，蒸發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的過程。另外，在當前氣候變暖的背景下，青藏高原水循環過程是在加快的。
新估算方法基於衛星遙感資料得到了青藏高原75個大型湖泊的湖泊蒸發量、冰物候特徵及其蒸發水資源量，這些數據對於未來準確估算湖泊的水儲量及其變化有重要意義。
新測量方法並非適用於所有湖泊
那麼這種方法是否適用其他湖泊蒸發量測量呢？
對此，王賓賓表示，這一新的湖泊蒸發量估算方法考慮到了青藏高原湖泊的具體特性，例如這裡大多數為內流湖、通常具有時間長短不一的結冰期等。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，對於一些湖泊來說，這種估算方法可能並不適用，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於陸地面積來說比較小，因此湖泊蒸發量相對於陸地蒸散發量來說是比較小的。所以從整個青藏高原地區來看，湖泊蒸發量對於氣候環境的影響不會太大。」王賓賓在談及湖泊蒸發量對於氣候環境研究的意義時強調。
但是在一些具體的湖泊流域，湖泊蒸發量對當地氣候環境的影響就比較大。王賓賓舉例說，納木錯流域由於湖泊的存在，在納木錯下風向區域就存在著湖泊效應，導致納木錯下風向區域的降雨和降雪相對於其上風向區域更高。
「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出現怎樣的變化趨勢？對於這些問題，我們一直都在重點關注。」王賓賓說。（記者 陸成寬）