研究发现气候变暖与水体透明度降低引发全球湖泊“分层”危机

湖泊，是陆地水圈的重要组成部分，也是维持区域乃至全球生态平衡的水资源重要载体。在垂直方向上，湖泊的热力结构，一般划分为混合层、温跃层和均温层。这种热分层结构直接影响溶解氧垂直分布、营养盐内源释放，以及浮游生物迁移过程，是湖泊物理、化学及生物要素耦合作用的核心调控机制。然而，全球湖泊热结构变化缺乏系统观测，其长期变化趋势与主要驱动机制尚不明晰。目前，针对温跃层结构属性的演变规律，亟待开展全面深入的评估研究。

针对上述问题，中国科学院南京地理与湖泊研究所研究团队，系统收集了全球六大洲，464个湖泊，超13000条夏季水温剖面数据。研究发现，过去四十年间，全球湖泊混合层深度平均减少了13%，相当于每十年下降约0.3米，且同期温跃层厚度平均增加了10%，每十年增厚约0.2米。这一变化反映出湖泊热分层强度显著增强，垂向水交换能力减弱。

研究显示，混合层变浅会限制氧气向深水区输送，导致底层水体溶解氧下降，继而形成缺氧，甚至厌氧环境，威胁鱼类和底栖生物生存。同时，混合层变浅有助于蓝藻等浮游植物聚集与增殖，增加有害藻华发生风险，对饮用水安全构成潜在威胁。此外，热分层结构改变还可能引起生态系统功能紊乱，如鱼类适生区压缩、浮游动物垂直迁移受限等，对整体生物多样性产生影响。

研究人员通过分析发现，上述湖泊热结构变化，主要受气候变暖、水体透明度下降，以及辐射平衡改变驱动。具体而言，气温上升及向下长波辐射增强，导致湖泊表层吸收更多热量，加剧表层水温升高。同时，水体透明度降低，下行光合有效辐射衰减增加，强化了表层加热效应。此外，风速下降减弱了湖泊的垂向混合，继而增强了湖泊热力分层。

未来情景预估结果显示，至本世纪末，在不同共享社会经济路径（SSP）下，湖泊混合层深度将减小6%至10%，温跃层厚度增加2%至23%。研究进一步指出，在低碳排放情景（如SSP1-2.6）下，混合层浅化趋势将显著减缓。此外，通过提升水体透明度、减少泥沙及污染物输入等措施，一定程度上可缓解湖泊热分层的加剧过程。

该研究在全球尺度上，系统揭示了湖泊混合层长期变化规律，填补了全球变化背景下，湖泊物理结构响应研究中的关键空白。这一成果阐明了气候变暖与水体透明度变化，对湖泊热分层结构的驱动作用，为预测未来湖泊生态系统的稳定性演变提供了科学依据。

近期，相关研究成果发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。

论文链接

全球湖泊混合层深度（a，c）和温跃层厚度（b，d）长期变化趋势

湖泊混合层深度和温跃层厚度变化驱动力分析

未来不同气候和透明度情景对应的上混合层和温跃层厚度变化趋势。（a，c）为固定透明度情景模拟；（b，d）为变化透明度情景模拟。