NIGLAS
“地理科学摇篮 湖泊研究基地”
全球湖泊生态系统弹性变化评估新进展
针对全球湖泊退化日趋严重现状，联合国环境署（UNEP）2022年通过了有史以来第一项专门针对湖泊保护、修复和可持续发展的决议。科学理解湖泊生态系统弹性的长期趋势、时空模式及其驱动机制，对于深入评估全球湖泊生态健康安全，预警预测系统突变具有重要的科学价值。但目前多数相关研究关注单个或区域湖泊弹性变化，对全球范围内湖泊生态系统弹性评估仍然缺乏。
近期，中国科学院南京地理与湖泊所张科研究员团队在地学领域知名期刊Geophysical Research Letters发表题名为Human Impacts Dominate Global Loss of Lake Ecosystem Resilience的相关研究成果。该成果同期被美国地球物理协会（AGU）以Half of world’s lakes are less resilient to disturbance than they used to be为题进行了报道。
该研究对全球1049个大型湖泊（>25 km2）2000年至2018年间弹性变化进行了系统研究。在经典弹性评估理论基础上，评估了AR, SD, SK, KT四个弹性信号，并设定至少两个信号显著增加（减少）（p<0.05）作为判断湖泊发生弹性损失（增加）的标准。基于机器学习、线性回归等统计学模型对水色指数及流域人口密度、GDP、温度和降水等数据进行分析，评估了全球湖泊生态系统弹性的变化趋势。基于热点分析（hot spot analysis）建立了全球湖泊弹性变化的空间模式并识别了聚集现象，并进一步量化了人类活动和气候因子对于湖泊弹性变化的贡献。
研究发现，全球约47%的湖泊过去20年间表现出显著的弹性下降，主要分布在北纬30°-60°，尤其是北欧和北美的东部。南半球如南美洲南部和非洲的一些湖泊也显示出明显的弹性下降。同时，23.5%的湖泊弹性增加，主要分布在北纬30°-40°和50°-60°，如青藏高原和北美中部。
图1 2000 至 2018 年全球湖泊水色指数分布及弹性变化趋势
湖泊弹性变化趋势在时间上表现出复杂模式。在2000-2009年期间，全球36.4%的湖泊弹性呈增加趋势，而35.1%的湖泊弹性出现下降趋势。进入2010至2018年期间，增加和下降的比例分别为28.3%和39.1%。通过对比这两个时间段，发现15.7%的湖泊弹性从增加转向减少，而11.1%的湖泊弹性则从减少转向增加。
图2 全球湖泊弹性变化趋势的时间模式
基于驱动相应的多因子分析结果显示，人口密度是全球湖泊弹性损失的主要因素（22.7%），海拔则显著促进弹性增加（18.6%）。在北欧和北美洲东部，人口密度和降水是弹性损失的关键预测因子，而在青藏高原等高寒地区，气候变暖加速冰川融水补给湖泊是弹性增加的主要原因，北美洲中部的弹性增加主要由GDP、湖泊面积和降水驱动。
图3 多重自然和人为因素对全球湖泊弹性变化的影响
该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。中国科学院南京地理与湖泊研究所张科研究员为通讯作者，韩瑶瑶博士、林琪博士为论文共同第一作者，主要作者包括南京大学沈吉教授、黄世鑫博士、杜晨亮博士。
论文链接：https://doi.org/10.1029/2024GL109298
美国地球物理协会（AGU）报道链接：https://news.agu.org/press-release/worlds-lakes-less-resilient-climate-pollution/
