淡水資源一直對人類社會的發展起着至關重要的作用，然而随着全球變暖和人類活動的影響，儲存着大量淡水資源的湖泊在全球範圍内大多處于退縮狀态，但在青藏高原上的湖泊卻異常地出現了顯著擴張的現象，這是否意味着我們淡水資源緊缺的情況得到了緩解？
圖檔來源：veer圖庫
事實并非如此，相反，青藏高原還可能面臨着巨大的災難。
中國科學院青藏高原研究所環境變化與多圈層過程團隊的張國慶研究員等人通過模型模拟、實地調查和遙感監測等手段系統地預測了到2100年青藏高原上湖泊的狀況（面積、水位、蓄水量等），揭示了湖泊擴張可能導緻的一系列災害問題，并強調了需要制定有效的戰略來減輕湖泊擴張帶來的危害。
同時，研究認為需要進一步保護生物多樣性，保障生活在這一生态敏感地區的人民的生命和财産安全，這一研究成果于2024年5月27日發表在《自然-地球科學》期刊上。
青藏高原面臨的挑戰是什麼
水是生命之源，尤其是淡水資源對維持地球上的生命極其重要，同時影響着生态系統的運轉和人類社會的經濟。地球上可利用的地表淡水資源87%都儲存在湖泊中，但由于近幾十年來全球變暖和人類活動的影響導緻全球大多數湖泊都處于退縮狀态，而青藏高原上的湖泊卻是處于擴張狀态，這并不是一件好事。
青藏高原的湖泊 （圖檔來源：《科學通報》期刊）
青藏高原上擁有全中國數量最多、總面積最大的湖泊群（占全國湖泊的50%以上），若隻計算面積大于1km2的湖泊，其數量也超過了1400個；除湖泊外還存在大量的冰川和永久凍土，這些都是珍貴的液态（湖泊）和固态（冰川、永久凍土）淡水資源。
由青藏高原發源的河流為東南亞地區的居民提供了大量的充足的淡水，是以青藏高原又被譽為“亞洲水塔”。
近幾十年來由于全球變暖，青藏高原上的冰川和凍土會首當其沖受到影響，大量冰川、凍土開始融化，融水進入湖泊，青藏高原上的湖泊開始擴張。
是以青藏高原的湖泊面積增大并不是淡水資源憑空産生的，而是以冰川凍土消融為代價，雖然湖泊擴張、淡水資源增加可能會帶來一個更綠色也更宜居的環境，但湖泊擴張也會帶來更加惡劣的影響：湖泊的持續擴張正在導緻潛在的流域合并或重組，威脅到該地區的基礎設施和生态安全。
青藏高原的湖泊—結則茶卡 （圖檔來源：作者拍攝）
湖泊擴張會帶來嚴重的自然和社會問題是顯而易見的，但未來湖泊會擴張多少？又會對青藏高原帶來哪些具體的影響？這一系列的問題不能等到災害發生後再去回答，要做到防患于未然，這就要用到模拟預測的手段，雖然過去已有一些預測湖泊變化的模型，但之前的研究更側重于特定的大型湖泊或單一案例研究，但未能涵蓋未來整個高原湖泊的全面變化及其對整個青藏高原的更廣泛影響。
為此，中國科學院青藏高原研究所的張國慶研究員帶領團隊開發了一個通用的資料驅動模組化架構來解決這些問題，該架構整合了影響湖泊面積的關鍵驅動因素（降水、冰川融水、地表蒸散、湖泊蒸發），并結合了實地調查和遙感觀測。
在共享社會經濟路徑（SSP）情景下，該團隊量化了2021年至2100年各個内生湖泊的面積、水位和蓄水量的年度變化。最終評估了對湖泊流域重組、基礎設施和生态環境的影響程度。
未來80年青藏高原湖泊将會顯著擴張
張國慶團隊研究表明，到2100年，在SSP1-2.6,SSP2-4.5和SSP5-8.5方案下（SSP1-2.6,SSP2-4.5和SSP5-8.5代表了三種不同的模拟方案），青藏高原上内陸湖泊的未來表面積預計将分别增加到53657±5068km2（與2020年的湖泊面積相比增加了52%，折合每十年約增加2303km2）、54311±5308km2（+54%，約每十年湖泊面積增加2385km2）和58716±6681km2（+67%，約每十年增加2936km2）。
随着湖面面積的擴大，預計到2100年，在SSP1-2.6方案下的水位将上升10.21±4.14m（約每十年上升1.28m），在SSP2-4.5方案下的水位将上升10.64±4.33m（約每十年上升1.33m），在SSP5-8.5方案下的水位将上升13.29±5.18m（約每十年上升1.66m）。
與2000年—2020年間湖泊面積分别增加約11400km2和水位上升約5.25米相比，未來湖泊表面積擴張和水位上升的速度預計将大幅放緩。在接下來的80年裡，湖泊蓄水量預計将增加652.97±211Gt（每十年約81.50Gt）、665.32±220Gt（每十年約83.13Gt）和908.44±282Gt（每十年約113.50Gt）。
未來80年裡湖泊蓄水量的增加在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5方案下分别是2000年至2020年間蓄水量增加的約3.9、3.9和5.4倍，與20世紀70年代至2020年期間相比，到2100年儲水量的變化增加了約4倍。
張國慶團隊研究表明，未來湖泊變化的空間分布存在明顯的異質性。在青藏高原北部湖泊的變化最大，在SSP5-8.5方案下，預計到2100年，青藏高原北部湖泊的總面積将增加兩倍。
盡管相對青藏高原北部來說，其他區域的湖泊面積變化程度較小，但東南部、中部和西北部内陸青藏高原的湖泊面積也将顯著擴張（51%-71%）。從曆史變化規律上看，青藏高原南部的湖泊面積變化呈萎縮趨勢。
然而，張國慶團隊的研究預測表明，在2021年左右，青藏高原南部的湖泊出現從收縮到擴張的顯著轉變。湖面面積、水位和蓄水量的演變存在顯著差異。
在2020-2100年期間，湖泊蓄水量（水位和面積）的變化範圍從約0.61Gt（相當于11.89m和8km2）到66Gt（59m和903km2）。大部分湖泊蓄水量增幅在約0.86Gt（3.96m和7.83km2，第25百分位）和約1.29Gt（14.21m和47.14km2，第75百分位）之間。
值得注意的是，色林錯（西藏最大的湖泊、青藏高原第二大湖；青藏高原第一大湖是青海湖）表現出最大程度的蓄水量增加，約為66Gt，在SSP2-4.5方案下，色林錯的湖泊表面積相應增加約800km2，水位增加約21m。
在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5方案下，到2100年，由于湖泊擴張導緻70個、70個和79個湖泊盆地分别重組為28個、28個和31個盆地。這些湖泊盆地重組将主要發生在青藏高原北部、東部和南部。
此外，在上述三個方案下，21、19和23個湖泊将合并，分别形成10、9和11個湖泊。預計湖泊合并主要發生在青藏高原的東北部和東南部。
至2100年，青藏高原各區域湖泊面積擴張情況 （圖檔來源：《自然-地球科學》期刊）
湖泊擴張帶來的嚴重後果
總結上述張國慶團隊的研究結果：到2100年，青藏高原湖泊面積和湖泊水位都将顯著增加，尤其是青藏高原北部湖泊蓄水量的擴張最為明顯，湖泊的擴張導緻湖泊盆地重組（主要發生在青藏高原北部、東部和南部）和湖泊互相合并（主要發生在青藏高原的東北部和東南部）。那麼湖泊擴張、湖泊盆地重組和湖泊互相合并等會對人類社會和自然生态造成怎麼樣的影響？
到本世紀末，在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5模拟方案下将分别有1023±281、959±274和1481±421公裡的道路被淹沒。根據SSP2-4.5（SSP1-2.6和SSP5-8.5），預計2030年、2040年和2050年分别有約118公裡（149公裡和136公裡）、215公裡（264公裡和258公裡）和331公裡（382公裡和390公裡）的道路面臨洪水風險。被淹沒的道路主要集中在青藏高原南部内陸。
盡管最顯著的湖泊擴張預計在青藏高原北部内陸，但季節性凍土的存在限制了道路建設和人類通行，導緻被洪水淹沒的道路減少。相反，盡管預計在青藏高原東北部的湖泊擴張較少，但由于人類活動的增加和湖泊附近道路的普及，預計大量路段将被淹沒。
在湖泊規模上，有12個湖泊（包括三個最大的湖泊，色林錯、納木錯和青海湖）被認為潛在危害最大：色林錯附近被淹沒的道路最多，預計到2100年，被淹沒的道路長度将達到約84.13-119.08公裡。此前由于色林錯的快速擴張，S208公路于2023年9月底被洪水沖毀。
納木錯附近幾乎遍布道路，在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5三種模拟方案下，預計分别有約73.27公裡、約34.02公裡和約118.91公裡的道路被淹沒。由于青海湖的大幅擴張，西北部的一些道路被淹沒。根據SSP5-8.5，預計約46.9公裡的道路将被淹沒。
總之，未來湖泊擴張會導緻大量道路有被淹沒的潛在風險，這是未來鐵路和道路規劃中應考慮的嚴重威脅。
色林錯附近的S208公路被沖毀 （圖檔來源：《自然-地球科學》期刊；标注為作者添加）
在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5方案下，預測表明到2100年，估計将分别有566萬、740萬和578萬人居住在青藏高原，那麼大約分别有462、458和615個定居點将被淹沒，其中大多數位于青藏高原南部内陸。
此外，預計将有83至93個湖泊會淹沒其附近的居民定居點，其中色林錯造成的危害最大，在各種SSP預測方案下色林錯将會淹沒64至81個定居點。一些定居點目前已經面臨洪水或面臨更大的危險，例如紮日南木錯附近的村莊和建築。
大量居民定居點将會被淹沒 （圖檔來源：《自然-地球科學》期刊）
紮日南木措附近村莊将會被淹沒（黃色框是村莊原本位置） （圖檔來源：《自然-地球科學》期刊）
到2100年，在SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5方案下，預計淹沒面積将分别達到8533、9132和11576km2。假設牲畜分布均勻，超過500,000頭牲畜可能會受到幹擾。在每種SSP情景中，到2100年，會有4241±1168、4459±1241和5968±1823km2的草原将被淹沒。
這将直接導緻牲畜産量下降，嚴重影響當地牧民的生計，進一步加劇貧困水準。張國慶團隊在研究中還确定了291個在高原上的湖泊，這些湖泊對草原的安全構成了嚴重威脅。農田的喪失可能會擾亂糧食生産，影響當地糧食安全和區域農業經濟。
草原受到被淹沒的危險 （圖檔來源：《自然-地球科學》期刊）
此外冰川融水進入湖泊導緻湖泊鹽度下降，改變當地的湖泊生态系統，使物種喪失，生物多樣性遭到破壞；湖泊擴張導緻水文、地貌發生改變，如2011年卓乃湖（藏羚羊的主要産仔地之一）潰決，阻斷了藏羚羊的遷徙路線，極大地影響了藏羚羊的生存和繁殖；從社會經濟角度來看，根據2022年的投資成本，在SSP2-4.5預測情景下，到2100年道路被淹造成的直接經濟損失估計為200億-500億元人民币。
結語
鑒于目前全球變暖和氣候變化的背景，全面了解青藏高原上未來湖泊的變化對于有效管理水資源、減輕危害和保護這一重要地區的生态至關重要。張國慶團隊的研究為未來規劃提供了科學指南，并為避免即将到來的湖泊擴張造成的毀滅性後果提供了寶貴的見解。
随着全球變暖，冰川融化，未來青藏高原湖泊将會持續擴張，如果不加以應對将會導緻村莊、道路被淹沒，造成大量經濟損失；使本就脆弱的生态環境遭到毀滅性打擊，生物多樣性遭到破壞。是以需要制定有效的戰略來避免未來可能出現的危害，同時保護生物多樣性，保障生活在這一生态敏感地區的人民的福祉。
參考文獻
1.Chen, Y. et al. Provincial and gridded population projection for China under shared socioeconomic pathways from 2010 to 2100. Sci. Data 7, 83 (2020).
2.Raymond, P. A. et al. Global carbon dioxide emissions from inland waters. Nature 503, 355–359 (2013).
3.Su, D. et al. Simulation of the potential impacts of lakes on glacier behavior over the Tibetan Plateau in summer. Clim. Dynam. 60, 3435–3454 (2022).
4.Transport investment costs of the Tibet Autonomous Region in 2022. Department of Transportation of Tibet Autonomous Region https://jtt.xizang.gov.cn (2023).
5.Williamson, C. E., Saros, J. E., Vincent, W. F. & Smol, J. P. J. L. Lakes and reservoirs as sentinels, integrators, and regulators of climate change. Limnol. Oceanogr. 54, 2273–2282 (2009).
6.Xu, F. et al. Widespread societal and ecological impacts from projected Tibetan Plateau lake expansion. Nature Geoscience 64, 1306-1309 (2024).
7.Yao, F. et al. Satellites reveal widespread decline in global lake water storage. Science 380, 743–749 (2023).
8.Yao, X. et al. Surface friction contrast between water body and land enhances precipitation downwind of a large lake in Tibet. Clim. Dynam. 56, 2113–2126 (2021).
9.Zhang, G. et al. A robust but variable lake expansion on the Tibetan Plateau. Science Bulletin 64:1306–9 (2019).
出品：科普中國
作者：臧銅鋼（古氣候學碩士研究所學生）
監制：中國科普博覽