色林错湖泊扩张的驱动因子识别及其关键过程反演

Lakes expansion or contraction in Tibetan Plateau (TP) has an important impact on the regional water cycle. Due to lack of in situ observations, driving factors and key processes of most lakes evolution has not yet been fully understood. Most of the current researches are qualitative discussion or describe the corresponding changes from the whole lake, such as changes of lake area. Spatial variations of key processes inside the lakes (such as lake temperature, lake evaporation) are not considered. Therefore, accurately identification the driving factors of lakes evolution in TP are restricted. This study selected the Lake Selin Co as an example because it has expanded to become the largest endorheic lake in TP since 2003. It is a typical example of lake expansion in TP. The perspective of “lake-basin” system will be focused to quantitative analyze the evolution of Lake Selin Co based on field investigations and comprehensive monitoring in Lake Selin Co Basin. The inter-related processes between dynamic changes of hydrological and meteorological variables and lake response are identified and simulated by established distributed hydrological-hydrodynamic model. The spatial distributions of key processes including water level, water temperature and lake evaporation are reflected by the hydrodynamic characteristics of lake. Main driving factors of Lake Selin Co expansion are also revealed. This study will enhance the understanding about expansion mechanism of Lake Selin Co and can also provide a reference for the study of other lakes on TP under the background of climate change.

青藏高原湖泊的扩张或萎缩对区域水循环有着重要影响，但限于实地观测资料相对缺乏，大多数湖泊演变的驱动因子与关键过程尚未得到充分认识。已有研究多为定性探讨或从湖泊整体描述其面积等相关变化，并未考虑湖泊内部关键过程(湖面温度、蒸发等)的空间变异性，因而制约了对高原湖泊演变的驱动因子的准确识别。本研究拟以色林错为研究对象，因其2003年已扩张成为青藏高原最大的内陆湖，是高原湖泊扩张的典型代表。通过在色林错实地调查与全面监测的基础上，着眼于从“湖泊-流域”系统的角度定量解析色林错的演变规律：(1) 通过构建分布式水文-水动力模型，识别并模拟流域水文气象要素动态变化-湖泊响应的因果关联过程；(2) 通过湖泊水动力特征反演湖泊水位、温度、蒸发等关键过程的变化及其空间分布，揭示色林错扩张的主要驱动因子。在气候变化背景下，本研究将加深对色林错扩张机制的认识，为高原其他湖泊的研究提供借鉴与参考。

湖泊是青藏高原的典型地表类型，是影响青藏高原水循环的关键因子，也是区域气候变化敏感的指示器，对区域的水量平衡发挥重要作用。但限于实地观测资料相对缺乏，大多数高原湖泊演变的驱动因子与关键过程尚未得到充分认识；同时由于水文模型对多圈层（大气圈、冰冻圈和水圈等）相互作用的物理过程描述不足，目前高原“湖泊-流域”系统的定量模拟能力仍然较弱。. 本研究以高原湖泊扩张的典型代表色林错为研究对象，在观测的基础上，着眼于从“湖泊-流域”系统的角度定量解析色林错的演变规律。在分布式陆面水文模型（WEB-DHM）中，集成了基于能量平衡的积雪消融和土壤冻融模块，结合简化的湖泊蒸发和冰川消融算法，从而构建了包括冰—水—汽多相态转换的色林错湖泊流域的冰冻圈水文模型。通过开展模型应用，识别并模拟流域水文气象要素动态变化-湖泊响应的因果关联过程。主要结论如下：（1）流域降雨的增加（同时导致入湖径流的增加）是过去十年（2003-2012）导致色林错湖泊扩张的主导因子（占到70%以上），在色林错最大支流，冰雪对径流的平均贡献比例为24%；（2）流域陆域和水面蒸发呈现相反的变化趋势，陆域蒸发只取决于降雨，而水面蒸发是温度、饱和气压差、风速和净辐射共同作用的结果；（3）相比于没有耦合冻土或只使用简单积雪方案（单层积雪）的陆面模型，耦合积雪和冻土后的陆面模型能更加准确的识别土壤水分和土壤温度的变化；（4）流域降雨径流以及冰雪消融径流在长时间段（1980-2014）均呈现出增加趋势，其中降雨径流的增加大于冰雪消融径流的增加，表明降雨的增加（以及由其带来的入湖径流的增加）仍然是较长时间段内色林错湖泊扩张的主要原因。相关结论将加深对色林错扩张机制的认识，为深入理解“湖泊-流域”水文过程以及高原其他湖泊的研究提供借鉴与参考。