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在全球气候变化背景下，湖泊与大气间的热量交换备受关注。研究人员开展 “Enhanced heating effect of lakes under global warming” 主题研究，发现中高纬度（>45°N）湖泊热释放（LHR）显著增加，且未来会持续上升，这对理解湖泊气候效应意义重大。
在地球的生态系统中，湖泊虽小却有着大作用，它就像一个个 “小气候调节器”，通过与大气的热量交换，影响着局部和区域气候。然而，随着全球气候的持续变化，湖泊与大气之间的这种互动也在发生着深刻的改变。目前，人们对于全球湖泊向大气释放热量的情况，以及未来的变化趋势，了解还十分有限。比如，湖冰在湖泊与大气的能量交换中到底扮演着怎样的角色，湖泊水温升高又会对热量释放产生何种影响，这些问题都亟待解决。为了深入探究这些奥秘，武汉大学的研究人员展开了一项关于全球湖泊热释放（Lake Heat Release，LHR）变化的研究 。这项研究成果发表在《Nature Communications》上，对于人们理解湖泊在气候变化中的作用具有重要意义。
研究人员主要采用了全球湖泊模型模拟技术和多模型集合数据分析方法。他们利用 Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project（ISIMIP）2b 湖泊部门的全球尺度湖泊模型模拟数据，这些数据来自 Arctic Lake Biogeochemistry Model（ALBM）、LAKE 和 SIMSTRAT-UoG 三个湖泊模型，并且由四个大气环流模型（General Circulation Models，GCMs）驱动。通过分析这些数据，研究人员比较了当前（1991 - 2020 年）和工业化前的湖泊热释放情况，同时对未来不同温室气体浓度排放情景下的变化进行了预测。
研究结果如下：
- 中高纬度地区 LHR 变化显著：全球多数湖泊的 LHR 呈现出明显的相对增加趋势，与工业化前相比，当前全球平均增加了 1.5 ± 0.8%。其中，约 64% 的 LHR 增加的湖泊集中在中高纬度（>45°N）地区，该地区 LHR 相对增加幅度平均为 1.8 ± 0.8%，约为低纬度（30°S - 30°N）地区（平均增加 0.9 ± 1.0%）的两倍。从绝对变化来看，93% 的中高纬度湖泊 LHR 增加超过 4 W?m?2 。在 LHR 变化的贡献因素方面，长波辐射（LWup）和潜热通量（LH）是主要贡献者，且在不同纬度地区贡献有所差异，中高纬度地区主要由 LWup 驱动 。
- 湖冰覆盖变化对 LHR 的影响：研究发现，湖冰覆盖的减少是中高纬度地区 LHR 变化的重要驱动因素。湖冰厚度（MAIT）与 LWup 的变化呈强正相关（R = 0.79）。冰覆盖的湖泊对 LWup 和地表水温（LSWT）的变化更为敏感，冰期越长，敏感性越高。而且，有冰覆盖的湖泊在当前相比工业化前，LSWT 和 LWup 的增加幅度更大，这表明湖冰物候变化在放大 LHR 增加方面起着关键作用 。
- LHR 变化的季节性差异：LHR 变化具有明显的季节性。在北半球，56% 的湖泊夏季与冬季的 LHR 变化差值（ΔLHR）为正，无冰湖泊这一比例更是高达 71%，表明这些湖泊在温暖季节的 LHR 增加更为强烈，主要是因为夏季 LH 增加幅度更大。而有冰覆盖的湖泊，其 ΔLHR 季节性差异围绕零波动，是由于冬季 LWup 的增加与夏季 LH 的增加相互抵消 。
- 未来 LHR 变化趋势：到本世纪末（2070 - 2099 年），全球 LHR 预计将进一步增加，在不同排放情景下，相比当前（1991 - 2020 年），全球平均上升幅度分别为：代表性浓度路径（RCPs）2.6 情景下为 2.1 ± 0.8%，RCP6.0 情景下为 4.5 ± 1.4%，RCP8.5 情景下为 7.5 ± 2.5%。中高纬度地区对气候变化的响应更为强烈，在各排放情景下，LHR 平均增加幅度均高于全球平均水平 。未来，中高纬度有冰覆盖的湖泊 LHR 增加主要由湖冰物候变化驱动，且在温暖季节，各类湖泊释放的热量都将更多 。
研究结论和讨论部分指出，中高纬度地区湖泊 LHR 变化显著，LWup 是主要贡献者，湖冰覆盖减少是主要驱动因素，这一现象与北极放大效应类似。同时，研究也发现了一些矛盾之处，如当前有冰覆盖的湖泊 LSWT 增加明显，但未来预测中这一趋势不明显，这反映出湖冰在调节湖泊温度方面的复杂性和不确定性 。此外，不同纬度的湖泊在应对气候变化时，能量释放模式存在差异，这对当地气候和湖泊生态系统可能产生不同的影响。比如，中高纬度地区湖泊热释放增加可能导致区域气候变暖加剧，威胁当地社区；低纬度地区湖泊蒸发增加可能导致集水区储水减少，影响水生生态系统 。
这项研究虽然对全球湖泊热释放进行了量化分析，但也存在一定局限性，如未考虑大气反馈对湖泊的影响，当前全球气候模型在湖泊 - 大气相互作用的模拟方面也存在不足 。然而，它依然为人们理解湖泊在全球气候变化中的作用提供了重要依据，强调了在制定缓解气候变化策略时，需要优先关注中高纬度湖泊的重要性，为后续研究指明了方向，也为相关政策制定提供了科学参考。
