青藏高原内流区冰储量变化对湖泊水量平衡贡献的定量研究

There is dense distribution of lakes in the Tibetan Plateau (TP). These lakes are sensitive indicators of climate changes as few direct human activities there. At present, the understanding of lake water balance is poor because limited weather stations as well as large uncertainties of satellite-based precipitation products, especially in the Inner TP with more than 70% lakes’ number and area. In this project, we propose to construct the correlation between lake area and elevation using SRTM DEM (30 m pixel size). The lake area derived from Landsat and Sentinel-2 is input into the correlation to deduce the corresponding lake elevation. Combining the lake area and elevation changes, the lake volume changes are estimated. In addition, we combine TerraSAR-X/TanDEM-X and SRTM to calculate the changes of glacier thickness at lake-basin scale using DInSAR technologies. Furthermore, the glacier mass balance is estimated with glacier density. The differences of lake area, level and volume change in basins with different glacier coverage, and the contribution of glacier melting to lake water balance can be quantitatively evaluated. The execution of this project will improve our understanding of lake water balance, response mechanism of increasing lake water storage on the TP to climate and cryosphere changes.

青藏高原湖泊分布密集，较少受到人类活动的影响，是研究气候变化与水循环过程的理想地区。由于气象观测站点较少，特别是湖泊主要分布的内流区，同时卫星降水产品存在较大的不确定性，这大大限制了对青藏高原湖泊水量平衡的理解。本项目提出使用30m的SRTM-DEM数据，建立湖面高程与面积的关系，使用基于Landsat和Sentinel-2的湖泊面积，估算面积大于1平方公里湖泊的水位变化，从而获得湖泊水量变化。同时，联合高分辨率的TerraSAR-X/TanDEM-X和SRTM数据，使用DInSAR处理技术，对湖盆内冰川厚度变化进行计算，进而估算冰储量变化。结合2000-2018年湖泊水量与冰量变化，分析冰川分布率不同的湖盆之间湖泊变化差异，定量评估冰川融水对湖泊水量变化的贡献。此研究的开展，对量化湖泊水量平衡中冰川融水影响、提升青藏高原湖泊变化对气候与冰冻圈变化响应机制的理解都具有重要的科学意义。

定量评估青藏高原内流区湖盆尺度冰川变化对湖泊水量变化的贡献，可提升对青藏高原湖泊水量平衡的理解。本项目围绕青藏高原湖泊面积、水位与水量变化；湖盆尺度冰储量变化；湖泊水量平衡定量分析三个方面的研究内容，开展了一系列的研究。.取得的重要结果有：1）湖泊数量与面积变化。青藏高原大于1平方公里湖泊数量从1970s的1080个增加到了2018年的1424个（+32%），湖泊总面积从4万平方公里增加到了5万平方公里，净增加了1万平方公里（+25%）。2）湖泊水位变化。2003-2020年，青藏高原湖泊水位的平均上升趋势为0.20±0.01 m/yr。3）湖泊水量变化，冰川消融对湖泊水量变化的贡献。1976-2019年间，青藏高原湖泊水储量增加了169.7 Gt，主要发生在内流区（157.6 Gt）。在1975-1995年的湖泊收缩期，冰川消融补偿了约21%的湖泊水量损失，而在1995-2020年的湖泊扩张期，提升了9%的湖泊水量增加，在1975-2020年整个期间，冰川消融对湖泊水量增加的贡献为17%。进一步的分析提示青藏高原内流区水汽净收支的年代际变化可能是三大洋海温年代际变化协同影响的结果。.这些研究工作的开展，提示了青藏高原湖泊变化的驱动因素、厘清了湖泊变化对气候与冰冻圈变化的响应机制。