image: 湖泊能量与水量平衡模型示意图 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
全新世作为地球发展演变历史的最新阶段，一直是科学家们广泛关注的地质时期。研究全新世期间的环境变化过程及规律对于预测未来气候变化的方向具有重要的意义。在以往的研究中，沉积学、地球化学和孢粉学等方法多被用来定性或半定量地重建湖泊水位与古环境。随着湖泊和古气候学的发展，仅使用代用指标来重建湖泊的演化过程和古环境的干、湿、冷、暖已经无法满足学科发展的需要。
近期，兰州大学李育研究组基于湖泊能量平衡模型、湖泊水量平衡模型及瞬态气候演变模型，通过构建虚拟湖泊体系，连续且定量地追溯了东亚及中亚地区全新世期间有效水分变化，并进一步根据降水、径流、蒸发、太阳辐射、大气辐射等要素的变化，完成了区域有效水分对气候变化的敏感性研究。相关的论文“以东亚及中亚地区虚拟湖泊水位变化为代表的全新世有效水分变化的连续模拟”，发表在《中国科学：地球科学》中、英文版。
湖泊能量平衡模型表明湖泊表层的蒸发量取决于水体热容、水体密度、湖泊深度、湖泊表层温度、被水体吸收的短波和长波辐射、水体发出的长波辐射、潜热通量、感热通量等(图1)。湖泊水量平衡模型的分量主要包括了湖泊表面降水量、蒸发量和流域径流量，其中径流量的变化又和整个流域的产汇流过程紧密相关。
两个模型的运行结果显示，早全新世以来中国北部和青藏高原地区的降水变化与低纬度夏季太阳辐射变化呈现出一致性，均为显著减少趋势。全新世北半球夏季太阳辐射的降低引起的海陆热力差异减小，促使了亚洲夏季风的减弱，进而导致了这两个地区季风降水的减少。其中，降水变化是影响青藏高原地区全新世期间有效水分变化的主要原因。而除降水减少外，长波辐射和短波辐射影响的蒸发在中国北部呈现显著增强的趋势，因此，全新世以来中国北部有效水分的减少是受到降水和蒸发的共同影响。在中国南部，早全新世和晚全新世的有效水分均较高，沿海地区的高海岸降水是其晚全新世高水分出现的原因。中亚北部的有效水分在全新世中晚期相对较高，西风环流增强导致的区域降水增多促使该地区晚全新世有效水分增加。
这一研究结果不仅利用水量平衡波动的原因剖析了影响东亚及中亚地区全新世气候变化的因素，而且为全面了解千年尺度上气候变化的驱动机制提供了新的视角。
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文章信息：
中文版：李育, 张宇欣, 张新中, 叶旺庭, 徐玲梅, 韩琴, 李依婵, 刘和斌, 彭思敏. 2020. 以东亚及中亚地区虚拟湖泊水位变化为代表的全新世有效水分变化的连续模拟. 中国科学: 地球科学, 50(8): 1106-1121
英文版：Li Y, Zhang Y, Zhang X, Ye W, Xu L, Han Q, Li Y, Liu H, Peng S. 2020. A continuous simulation of Holocene effective moisture change represented by variability of virtual lake level in East and Central Asia. Science China Earth Sciences, 63(8): 1161-1175