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在天空中监测全球水资源

发布日期:2021-05-06 23:30浏览次数:
本文摘要:全世界的科学家们利用GRACE观测到的数据原始且正确地监视流域水储量的巨大变化。图片来源: NASA/JPL-Caltech一年一度的“世界水周”于8月26日至31日在瑞典大城市斯德哥尔摩举行,今年的主题是“水、生态系统、人的发展”。要解读水资源对生态环境和人类社会的影响,科学技术手段的接受是不可或缺的。

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全世界的科学家们利用GRACE观测到的数据原始且正确地监视流域水储量的巨大变化。图片来源: NASA/JPL-Caltech一年一度的“世界水周”于8月26日至31日在瑞典大城市斯德哥尔摩举行,今年的主题是“水、生态系统、人的发展”。要解读水资源对生态环境和人类社会的影响,科学技术手段的接受是不可或缺的。

在过去的16年里,从美国国家航空航天局(NASA )和德国航空航天中心发射的卫星(GRACE )在地球轨道上移动,根据地区不同,根据地球重力的不同判别流域水的储量大小,由此追踪了海洋中、陆地上、大气中的水的动向。全世界的科学家们利用GRACE观测到的数据原始且正确地监视流域水储量的巨大变化。

根据近年来基于GRACE观测的研究指出,必要的人类活动和气候变化给世界水文状况带来更深的印象。宇宙的“眼睛”格蕾丝双星于2002年发射,两颗卫星在离地面400公里以上的轨道上运行。与其他卫星的工作原理不同,格蕾丝卫星观测到地球重力场的微小变化。地球上的海洋、冰川和地下水的流动和变化会影响地球某些地区的比较“重量”,引起地球重力场的适当变化。

这种黑暗的变化逃不过两颗卫星的“眼睛”。重力场的变动没有改变两个卫星之间的比较距离,卫星通过微波测距技术记录下来。基于这个数据,研究者可以推测地球重力场再次发生的变化,推测进水的整体质量再次发生的变化。追踪水资源的变化自2002年以来,GRACE重力卫星为我们描绘了世界淡水可用性的面貌。

最近的研究分析了2002-2016年GRACE卫星观测到的34个水储量的变化趋势。这些地区的水储量下降和上升幅度都比以前的水文模型模拟多,有些观测地区的变化是模拟数据的10倍以上。

所谓流域总水储量(Terrestrial water storage )由几个部分组成,包括地表水(湖、水库、河流、冰川、积雪等)、土壤水、地下水。这项研究表明气候变化和人类活动的深刻印象改变了世界水文状况。这在中国华北地区非常明显,大规模调水工程和最近节水小麦的推进,是人类活动明显转变地区水储量及其生产的最重要比较。

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高估的影响某种程度上根据格蕾丝重力卫星的监测数据,2018年初发表的研究认为,所有的水文模型都相当高估了世界流域的水储量变化。研究表明,底格里斯河流域、恒河流域、印度河流域和美国加利福尼亚中央河谷等地区由于农业灌溉、地下水开采,陆地水储量大幅增加。水储量在一定程度上大幅增加的美国阿拉斯加、南美巴塔哥尼亚等是气候变化引起的大规模冰川融化。

冈比亚、尼日尔、南非、印度中部、中国青藏高原北部及长江中下游地区陆地水储量迅速增加。大陆架以每年4000亿吨的速度消失了。照片来源: NASA这项研究的作者之一,清华大学水利水电工程系龙笛研究员教他中外对话,水储量的增加有自然和人为因素,但水储量的减少现在基本上是自然原因造成的。他指出,通过人为干预,如提高农业用水效率,增大地下水开采等措施,可以减少水储量损失的速度,建立水储量完全恢复和水资源可持续利用。

龙笛回应说:“正确评价淡水供应量的变化对预测地区的粮食供应、人类及生态系统的健康、能源生产和社会发展很重要。” GRACE“眼中”中国水资源水资源的可持续管理是世界上极其棘手的环境挑战。在中国范围内,除华北平原外,新疆天山和西南河流源区的水储量上升也非常明显。龙笛解释说,西北地区和西南地区的水储量上升主要是气温下降引起的高山冰川和永久积雪的融化。

冰雪一方面以升华的形式转移到大气中,另一方面构成冰雪融水转移到土壤中,以蒸腾的形式回到大气中。此外,冰雪融水流出南流河道被用作农业灌溉、生活供水等。随着这些变化,随着气候变化的影响,被限制的水资源变得越来越宝贵。

但龙笛指出,水储量的变化并不可逆。气候变化和变化会导致一些地方的水储量损失,同时其他地方的水储量不会减少。水利工程的调蓄,如水库建设和跨流域调水,可以将水资源合理地利用为“人为再分配”。当然,必须尽量加大水利工程对生态环境的负面影响,充分发挥和最大化水利工程在维持生态环境中的巨大作用。

今年5月22日,分担GRACE卫星以前任务的GRACE Follow On卫星从美国飞往宇宙,接替2017年10月退役的两颗卫星,揭开了重力卫星监视地球水资源的新篇章。


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