武汉大学陈杰课题组揭示全球变暖下湖泊对大气的热量反馈机制

（通讯员水苑）4月27日，水资源工程与调度全国重点实验室、武汉大学水利水电学院教授陈杰课题组在Nature Communications上在线发表论文“Enhanced heating effect of lakes under global warming”（《全球变暖下湖泊的增温效应》）。博士生邱元霖为论文第一作者，陈杰为论文通讯作者，清华大学陈德亮院士，武汉大学熊立华教授、夏军院士等多位专家为共同作者，武汉大学为第一署名单位。

解析全球变暖下湖泊热量释放过程的变化特征有助于揭示湖泊对大气的热量反馈机制，对深入理解湖-气交互作用和区域气候及极端水文事件风险具有重要意义。该团队提出了湖泊热量释放的计算方法，采用向上长波辐射、向上短波辐射、感热和潜热通量表征湖泊向大气的一阶能量传输，刻画了湖泊对其所吸收能量的二次分配过程。基于跨部门响应模型比较计划（ISIMIP）的多个气候和湖泊模型集合模拟数据，刻画了历史时期和工业化前湖泊热量释放的差异，预估了未来不同温室气体浓度情景下湖泊热量释放的变化特征。

研究表明，历史时期全球湖泊热量释放相对于工业化前水平普遍增加。其中，北半球中高纬度（大于45°N）湖泊表现出增强的热量释放，其增加幅度是低纬度（30°S–30°N）湖泊的2倍。由于全球大多数湖泊分布在北半球中高纬度地区，该区域湖泊的热量释放增加总量可达10.0*10⁶±4.4*10⁶W，而低纬度地区仅为2.7*10⁶±1.5*10⁶W（图1）。

图1 历史时期相对于工业化前全球湖泊热量释放的变化特征

北半球中高纬度湖泊的热量释放以向上长波辐射为主，低纬度湖泊的热量释放则以潜热通量为主。这种差异反映了中高纬度和低纬度湖泊对气候变化不同的响应特征，低纬度湖泊能够通过蒸发作用有效散热，而中高纬度相对寒冷的气候限制了湖泊蒸发，这些湖泊主要以热辐射的形式向大气传递热量（图2）。

图2 湖泊热量释放变化的主导变量和向上长波辐射对湖泊水温变化的敏感性

北半球中高纬度增强的湖泊热量释放主要与湖冰减少引起的反馈机制有关：一方面，冰盖的减少降低了相对温暖的湖水与较冷大气之间的绝缘作用，促使更多能量从湖泊转移到大气；另一方面，冰盖的减少也导致湖泊水体温度增加，有助于湖泊向大气的热量传输（图3）。

图3 湖泊热量释放变化的驱动因素

该工作得到了国家自然科学基金(W2412158、52479024、U2240201)等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59291-3

（供图：水利水电学院 编辑：赵冀帆）