世界上最大的湖泊揭示了气候变化趋势

该地图显示了Laurentian大湖地区2008年的平均产量。湖泊的产值从低（蓝色）到高（红色）。图片说明：五大湖的卫星图像，两湖之间的颜色不同，以显示湖泊的生产价值。

十六年的遥感数据表明，在地球上最大的淡水湖中，气候变化影响了固碳趋势。

由美国国家航空航天局（NASA）资助的对世界上11个最大淡水湖泊的研究结合了野外观测和卫星观测，从而提供了对大型水体固定碳的方法以及不断变化的气候与湖泊之间相互作用的新认识。

湖泊如何固定碳？

浮游植物是一种微藻类，可以进行光合作用或从阳光中获取能量。碳固定是光合作用的一部分-无机碳（尤其是二氧化碳）被生物体转化为有机化合物。地球上所有生物都含有有机碳。浮游植物的数量及其光合作用的速率等于湖泊中的固碳速率。

密歇根技术研究所（MTRI）的科学家研究了与美国和加拿大接壤的五个劳伦山脉大湖；非洲三个大湖，坦any尼喀，维多利亚和马拉维；俄罗斯贝加尔湖；以及加拿大的大熊湖和大奴湖。

这11个湖泊拥有数以百万计的人和无数其他生物赖以生存的地表淡水的50％以上，强调了了解气候变化和其他因素如何改变它们的重要性。

加拿大的两个湖泊和坦any尼喀湖的初级生产力发生了最大的变化，即水体中藻类的生长。生产力的波动表明湖泊生态系统发生了巨大变化。

这些湖泊中食物链的基础是藻类生产力。这些湖泊都是大洋，充满了浮游植物-小藻类，合著者之一，MTRI研究员，加里·法恩斯蒂尔（Gary Fahnenstiel）说，他最近退休了，是美国国家海洋和大气管理局（NOAA）大湖区环境研究实验室的高级研究科学家。“我们测量了固碳率，即这些湖泊中藻类光合作用的速率。随着速率的变化，无论是增加还是减少，这意味着整个湖泊都在变化，从浮游动物到鱼类，整个食物链的各个分支都将发生变化。”

许多因素影响这些湖泊。气候变化，营养物质的增加（富营养化）和外来入侵物种共同导致整个系统的变化-很难查明具体原因，尤其是从现场观察有限的情况下。

用颜色计数浮游植物

但是，卫星图像使噪声分类变得更加容易，并且可以提供随时间和空间变化的见解。MTRI研究科学家兼研究的主要作者迈克尔·萨耶斯（Michael Sayers）使用海洋颜色遥感技术-根据水的颜色推断出浮游植物的类型和数量-来追踪淡水浮游植物的动态。

坦any尼喀湖，大熊湖和大奴湖在为期16年的研究期内（2003-2018年），全湖区的年产量。这些湖泊中的每一个在这段时间内的产量都发生了显着变化，最佳拟合线绘制在年度数据上。描述：一条由三条线组成的线形图显示了坦ika尼喀湖（该线呈下降趋势），大奴湖（该线呈上升趋势）和大熊湖（该线呈上升趋势）的湖泊生产趋势。

塞耶斯说：“我们依靠NASA的资产–自2002年以来一直在飞行的MODIS卫星，我们将在MTRI上开发的算法和模型应用到该卫星上，” Sayers说。“当我们开始统计16年以来全球11个湖泊的像素数目时，这确实非常了不起。”他补充说，每个湖泊数量观察到的像素“以百万计”。

结果最显着的方面之一就是这些淡水湖发生了多快的变化-在不到20年的时间里就出现了可观的变化。这项研究有助于实现NASA碳监测系统的目标，即确定淡水湖泊对全球碳循环的贡献程度。

“世界上最大的三个湖泊正在显示与气候变化有关的重大变化，在过去的16年中，整体生物生产力发生了20-25％的变化，” Fahnenstiel说。

不只是藻类

在16年的数据中，加拿大北部的大熊湖和大奴湖湖泊的生产力增幅最大，而非洲东南部的坦any尼喀湖则有所减少。这种趋势与水温升高，太阳辐射和风速降低有关。

萨耶斯说，研究淡水湖泊的生产力，藻类丰度，水的净度，水温，太阳辐射和风速可以更全面地了解整个生态系统。

塞耶斯说：“温度和太阳辐射是气候变化的因素。”“叶绿素和水透明度的变化不一定是气候变化引起的，而可能是富营养化或入侵物种（如蚌类）引起的。”

研究人员利用大湖研究中心研究船队进行的湖泊测量，将卫星观测结果真实化，并为模型估算提供输入。

文章“世界上最大的十一个湖泊的碳固定趋势：2003–2018”发表在《水》杂志上。研究人员计划继续他们的研究，将迄今为止所学的知识应用于有害藻华对大气中碳通量的作用。

俗话说，水就是生命。更好地了解湖泊生产力的变化如何影响许多人赖以生存的水体，对于生活在湖岸上的社区至关重要。随着我们更深入地研究淡水湖泊在全球碳循环和气候变化中的作用，这对全球社会也具有重要意义。

参考：“世界上最大的十一个湖泊的固碳趋势：2003–2018”，作者：迈克尔·赛耶斯（Michael Sayers），卡尔·博斯（Karl Bosse），加里·法恩斯蒂尔（Gary Fahnenstiel）和罗伯特·舒克曼（Robert Shuchman），2020年12月12日，水。
10.3390 / w12123500