青藏高原湖泊热力学结构特征及其对气候变化的响应：观测与模拟

Dramatic changes have been taken place in the lakes on the Tibetan Plateau (TP) under the background of climatic changes. This has drawn wide attention and many studies have been conducted on water-level, area and volume changes of TP lakes in recent years. Observations and studies on changes of internal lake processes, however, are still very insufficient on the TP due to some constraints. This project aims to use continuous water temperature monitoring and model simulation as the main approaches. We will select typical lakes from various climatic zones on the TP including the following: Mang Co in eastern monsoonal area; Selin Co, Tangra Yumco and Taro Co in monsoon-westerly transitional area; and Longmu Co in westerly-controlled area. The thermal structures and seasonal variations in each lake will be obtained and the thermal regime of the lakes will be characterized. We will analyze the differences of thermal properties in these lakes and their controlling factors. By model simulation, we will obtain the changing tendencies and rates of thermal structure variations in the past four decades, and study the responses of long term thermal changes to climatic changes in these lakes as well as the regional discrepancy. In general, our aim is to answer the following crucial scientific questions: how has climatic warming affected lake thermal regime in recent years on the TP? And what are the controlling factors? This project will be greatly valuable to promote the development of physical limnology in such an important lake distribution area, and has the potential to create significant scientific understanding of lacustrine physical environments, lake-air heat transferring as well as implications of climate change on these environments.

气候变化背景下青藏高原的湖泊正在经历着显著的变化，已引起广泛关注并在面积、水量变化等方面开展了很多研究，而对湖泊内部过程变化的观测和研究仍非常不足。本项目拟以湖泊水温观测和模型模拟为主要研究手段，选择位于青藏高原不同气候区内的典型代表性湖泊（包括东部季风区的莽错、中部过渡区的色林错、当惹雍错和塔若错以及西部西风区的龙木错）为研究对象，通过连续水温观测明确各湖泊的热力结构季节变化特征及湖泊热力循环类型，阐明不同气候区不同类型湖泊的热力结构特征的差异并分析其控制因素；通过模型模拟获取过去近四十年来年来湖泊的热力结构变化趋势及变化速率，研究湖泊热力学长期变化对气候变化的响应及区域差异，从总体上回答近年来气候变暖是否导致湖泊变暖这一核心科学问题并探讨其影响因素。本项目对于青藏高原这一重要湖泊分布区的物理湖泊学发展具有一定的推动意义，对于深入理解湖泊-大气热量传输及气候变化机理具有重要的科学意义。

气候变化背景下青藏高原的湖泊正在经历着显著的变化，已引起广泛关注并在湖泊水位、面积、水量和水质变化等方面开展了很多研究，而对湖泊内部过程变化的观测和研究仍非常不足，尤其是湖泊热力学过程及季节变化特征以及湖泊水温变化对区域气候变化的响应尚缺少研究。.本项目选择位于青藏高原不同气候区内的典型代表性湖泊（包括东部季风区的莽错、中部过渡区的色林错、当惹雍错和塔若错以及西部西风区的龙木错）为研究对象，自2019年开始开展了连续水温剖面观测，获取了这些湖泊至少一个完整水文循环的水温数据，并对其所指示的湖泊热力学循环类型及季节分层特征开展了综合研究，初步阐明了不同气候区不同类型湖泊的热力结构特征的差异并分析了其主要控制因素。.结果表明这五个湖泊都有明显的夏季热力学分层和秋季混合过程，其中色林错、塔若错和莽错属于双混合型湖泊。当惹雍错和龙木错由于存在垂直盐度梯度而在秋季无法完全混合，属于半混合型湖泊，当惹雍错不能完全混合可能也与其超过200m的水深有关。色林错2022年均温层水温显著低于2021年，很可能与春季混合期风力作用的年际差异有关，不充分的混合导致2022年底部水体在春季混合期未能充分进行混合和热量交换。除气温是决定性因素之外，盐度、风力作用和湖泊水深特征对高原湖泊的热力学结构和季节演化过程也具有重要影响。色林错的内波分析结果表明，该湖泊同时存在垂直方向的1阶和2阶内波，内波的波幅随热力学分层强度增加而降低，频谱分析结果表明内波的主要周期为6、8、20和32h，具体的成因还有待后续的深入研究。.本项目计划通过模型模拟获取过去四十年来年来湖泊的热力结构变化趋势及变化速率，研究湖泊热力学长期变化对气候变化的响应及区域差异，从总体上回答近年来气候变暖是否导致湖泊变暖这一核心科学问题并探讨其影响因素。由于2020年-2022年新冠疫情等客观因素的影响，湖泊模型模拟方面的工作进展较为缓慢，有待于下一步继续开展。.本项目的开展获取了不同气候区典型湖泊水温高分辨率的实地观测数据，对于深入认识湖泊热力学特征并理解湖泊-大气热量传输及气候变化机理具有重要的科学意义，对青藏高原这一重要湖泊分布区的物理湖泊学和湖泊模型研究的发展具有一定的推动意义。