长江中下游流域湖泊热浪特征研究：空气-水体替代方法的局限性分析

本研究针对长江中下游流域17个大型湖泊（面积>100 km2 ），首次系统比较了湖泊热浪（LHW）与大气热浪（AHW）的时空差异，揭示了空气-水体温度替代法在该区域湖泊热浪表征中的不适用性。研究发现LHW具有更高频率（+0.8天/十年）、更长持续时间（+1.2倍）但更低强度（-0.3 K/十年）的特征，并通过能量平衡模型量化了空气温度（贡献94.23%）与其他气象因子的协同调控机制，为湖泊生态系统应对极端热事件提供了精准评估框架。

　　

在全球变暖背景下，湖泊作为"气候变化的哨兵"正经历着日益频繁的极端热事件。传统研究常采用空气温度替代水体温度来评估湖泊热浪（Lake Heatwave, LHW），但这种简化假设的科学性一直缺乏验证。长江中下游作为中国淡水湖最集中的区域，其湖泊不仅承担着重要的生态服务功能，更是区域气候调节的关键载体。随着该区域城市化进程加速，湖泊面临着热浪频率增加与生态系统退化的双重压力。在此背景下，准确量化湖泊热浪特征及其驱动机制，成为预测水生生态系统响应和制定适应性策略的科学基础。

中国科学院南京地理与湖泊研究所的研究团队通过分析1980-2023年ERA5-Land再分析数据，对长江中下游17个大型湖泊（面积>100 km²
）的热浪特征展开系统研究。研究创新性地将热浪指标（频率、强度、持续时间）比较与表面能量平衡 attribution 方法相结合，论文发表在《Journal of Hydrology: Regional Studies》，揭示了空气-水体替代法在湖泊热浪表征中的根本缺陷。

研究采用"heatwaveR"软件包计算热浪指标，以1980-2009年为基准期，定义LHW为连续5天以上超过第90百分位阈值的湖表温度异常事件。通过 dominance analysis 和基于固有生物物理机制（Intrinsic Biophysical Mechanism, IBPM）的 attribution 方法，量化了气象因子对热浪强度的贡献。研究还结合GLAKES数据库的形态学参数和Human Footprint Index（HFI）评估了人类活动影响。

研究结果显示，与大气热浪（Atmospheric Heatwave, AHW）相比，LHW呈现出显著不同的时空特征。时间维度上，LHW年频次（2.27次）显著高于AHW（1.93次），但平均强度（3.62 K vs 3.97 K）和最大强度（4.63 K vs 5.06 K）较低。季节分布显示LHW在春季（26.19%）和冬季（21.06%）发生概率显著高于AHW，且冬季持续时间最长（8.17天）。空间格局上，长江下游湖泊（如太湖）的LHW年持续时间比AHW长5.43天，而鄱阳湖等湖泊的热浪强度低1.26 K。

通过表面能量平衡分解，研究发现空气温度（T_a
）虽是LHW强度的主导因子（贡献4.41 K，占94.23%），但其他气象因素的协同作用不可忽视。增强的太阳辐射（K_↓
）和长波辐射（L_↓
）分别贡献0.32 K和0.36 K，而降低的鲍文比（Bowen ratio，-0.20 K）和热储存（G，-0.12 K）则起到缓解作用。值得注意的是，湖泊形态特征与热浪强度呈负相关，面积每增加1 km²
，强度降低0.17 K（p<0.05）。

研究讨论部分指出，传统空气-水体替代方法会系统性地高估热浪强度（达1.26 K）而低估其持续时间，这种偏差在评估湖泊生态响应时将产生显著误差。例如，藻类水华（algal bloom）的发生与热浪强度非线性相关，过高估计可能导致错误的生态风险预警。研究还发现长江中游湖泊因深度较浅（平均4.8 m），其热浪对气象因子的响应比下游湖泊更敏感，这为区域差异化管理提供了依据。

该研究的创新价值在于建立了首个量化湖泊热浪多因子贡献的诊断框架，证实了单纯依赖空气温度指标会严重扭曲对水生极端热事件的认知。研究成果不仅为改进全球湖泊模型中的极端事件模拟提供了方法论基础，也为制定差异化的湖泊气候适应策略（如通过调控水文连通性缓解热浪影响）提供了科学依据。未来研究需耦合水文模型与FLake，以进一步解析人类活动通过地表径流对湖泊热浪的直接影响。