NASA领导的研究提供了新的地球河流全球统计
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科学
2024-04-29 09:52
广东
科罗拉多河蜿蜒流经美国七个州，为4,000多万人提供水源，其中包括国际空间站上一名宇航员拍摄的这张照片中犹他州东南部的部分地区。在NASA领导的一项研究中，科罗拉多河流域被认为是人类大量用水的地区。估算河流蓄水和排水量的新方法还可以识别出以大量用水为特征的区域。由NASA研究人员领导的研究提供了关于地球河流中水量、其流入海洋的速率，以及这些数据随时间的波动情况的新估计——这是了解地球水循环和管理淡水资源的关键信息。结果还突出显示了因大量用水导致水资源枯竭的地区，包括美国的科罗拉多河流域、南美洲的亚马逊河流域和非洲南部的奥兰治河流域。这项研究最近发表在《自然地球科学》杂志上，NASA南加州喷气推进实验室的研究人员使用了一种新颖的方法，将全球约300万条河段的流量测量与计算机模型结合起来。一项由NASA领导的研究结合了流量计测量和300万河流段的计算机模型，创建了一幅地球河流蓄水量的全球图。据估计，亚马逊流域包含了世界上38%的河水，是所有被评估的水文地区中最多的。科学家们估计，从1980年到2009年，地球河流的平均总水量为539立方英里（2,246立方公里）。这相当于半个密歇根湖的水量，约占所有淡水的0.006%，而淡水本身占全球水体的2.5%。尽管河流在地球上所有水体中占比很小，但自最早的文明以来，河流对人类一直至关重要。虽然研究人员多年来对河流流入海洋的水量做出了许多估计，但对河流总体保持的水量（即蓄水量）的估计却很少且更不确定，NASA喷气推进实验室的塞德里克·大卫（Cédric David，本研究的合著者）说。他将这种情况比喻为在不知道余额的情况下从支票账户消费。“我们不知道账户里有多少水，人口增长和气候变化进一步增加了这个问题的复杂性。”大卫说。“我们可以做很多事情来管理我们的用水方式，确保每个人都有足够的水，但首先需要回答的问题是：有多少水？这是一切的基础。”NASA领导的这项研究估计了全球300万河流段的流量，确定了世界各地人类大量用水的位置，包括科罗拉多、亚马逊、奥兰奇和墨累-达令河流域的部分地区，如图中灰色部分所示。研究中的估计最终可以与国际地表水和海洋地形卫星（SWOT）的数据进行比较，以改进人类对地球水循环影响的测量。SWOT卫星于2022年12月发射，正在绘制全球水位图，河流高度的变化提供了一种量化储水量和排放量的方法。
研究指出亚马逊盆地是河流储存量最多的地区，大约拥有204立方英里（850立方公里）的水——这约占全球估计值的38%。同一流域还向海洋排放最多的水：每年1,629立方英里（6,789立方公里）。这占到了从1980年到2009年全球向海洋排放的平均水量8,975立方英里（37,411立方公里）的18%。虽然河流不可能有负排放——研究的方法不考虑上游的流量——但为了计算，有些河流段流出的水量可能少于流入的水量。研究发现科罗拉多河、亚马逊河和奥兰治河流域以及位于澳大利亚东南部的默里-达令流域的部分地区就是如此。这些负流量大多表明人类大量用水。“在这些地方，我们看到了水资源管理的指纹。”主要作者艾丽莎柯林斯（Elyssa Collins）说，她是喷气推进实验室的实习生，也是北卡罗来纳州立大学罗利分校的博士生。几十年来，关于地球河流总水量的大多数估计都是基于1974年联合国的数据进行的修正，而且没有研究展示这个量随时间的变化。由于缺乏对世界河流，尤其是远离人类居住区的河流的观察，很难得到更好的估计，大卫说。另一个问题是，监测大河流水位和流量的仪表远多于小河流的。对陆地径流（流入河流的雨水和融雪）的估计也存在广泛的不确定性。
这项新研究的前提是，流入和流经河流系统的径流量应该大致等于下游测量的径流量。当研究人员发现三个陆地表面模型模拟的径流径流数据与大约1,000个地点的测量结果不一致时，他们使用测量结果来纠正模拟的径流数字。然后，他们使用从太空获取的地形数据和影像（包括NASA的航天飞机雷达地形任务的数据）开发的高分辨率全球地图对河流径流进行了建模。这种方法得出的流量率被用来估算单个河流和全球河流的平均及月度储存量。采用一致的方法使得不同地区的流量和人员减少情况的比较成为可能。“通过这种方式，我们可以看到世界上哪里储存了最多的河水，或者哪里从河流排入海洋的水量最多。”柯林斯说，他现在是北卡罗来纳大学教堂山分校的博士后研究员。https://www.nasa.gov/missions/swot/nasa-led-study-provides-new-global-accounting-of-earths-rivers/
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