近期,地球科学与技术学院在青藏高原陆地水储量变化方面取得研究进展,该成果以“Substantial Overestimation of Terrestrial Water Storage Loss in Headwater Basins on Earth's Third Pole”为题发表于《Geophysical Research Letters》期刊。地球科学与技术学院乔宝晋副教授为论文第一作者,2021级硕士研究生李娜为共同第一作者,中国科学院青藏高原研究所崔江鹏副研究员为论文通讯作者,合作作者包括北京大学李东锋研究员、2021级硕士研究生李梦瑶、长江大学相龙伟老师、罗马第三大学Pasquale Borrelli教授以及亚利桑那州立大学Jay Famiglietti教授。
青藏高原被誉为“亚洲水塔”,分布着大量的湖泊、冰川和冻土,是周边国家约20亿人口赖以生存的重要淡水来源。然而,近些年青藏高原河流源区陆地水储量(Terrestrial Water Storage, TWS)大幅下降,对区域居民的生产生活构成了严重威胁。因此,准确评估青藏高原陆地水储量变化对区域水资源管理和水安全具有重要的科学意义和现实意义。
大尺度的TWS变化通常由重力卫星(如GRACE)观测得到。然而,重力卫星观测到的是陆地总物质储量(Terrestrial Mass Storage, TMS)的变化。除TWS变化的信号外,TMS变化还包括由于土壤侵蚀所导致的固体物质的变化,主要以泥沙的形式通过河流输送到下游地区。以往研究通常认为河流泥沙输送对重力卫星信号的影响微乎其微,因此忽略不计。
基于2002-2017年青藏高原7个河流源区输沙量的观测(图1),本研究发现GRACE重力卫星监测到的流域TMS以每年3.85 Gt的速度减少,而河流年输沙量可达0.35 Gt(图2)。因此,如果忽略河流泥沙输送对TMS减少的贡献,则TWS损失被高估10.1%,这相当于周边国家约62万人口的年用水总量。尤其是在印度河和叶尔羌河流域,这种高估高达50.8%~77.6%。而对于TMS增加的黄河和长江流域来说,忽略输沙量则导致TWS的增加速率被低估7.3%~22.4%。
本研究首次量化了河流泥沙输送对基于重力卫星估算青藏高原TMS变化的贡献,强调了考虑泥沙输送对侵蚀严重地区TWS变化估算的重要性。该研究由第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0202)以及国家自然科学基金(41901078)项目联合资助。
原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL107553
图1 (a) 2002-2017年TMS变化趋势空间分布,(b) 青藏高原土壤侵蚀率。A,雅鲁藏布江;B,印度河;C,雅鲁藏布江;D,怒江;E,澜沧江;F,长江;G,黄河。
图2 TMS和TWS变化趋势、年输沙量(左侧刻度)及输沙量对TWS变化趋势的贡献(右侧刻度)。