時序衞星遙感數據揭示羅布泊重生之密碼 | 觀天測地_風聞

編者按：從古至今，人類從未停止過探索未知世界的腳步，認知世界的能力和手段與日俱增。中科院之聲與中國科學院空天信息創新研究院聯合開設“觀天測地”專欄，為大家介紹天上地上探索的那些事兒，帶來空天信息領域最新進展，普及科學知識。

有“死亡之海”之稱的新疆羅布泊位於中國最大內陸盆地塔里木河流域，是中國四大無人區之一。近幾十年來持續的氣候變暖正改變着全球的水文循環過程，在氣候暖濕化背景下，羅布泊這個因乾旱而“死亡”的湖泊能否再次恢復勃然生機並再現碧波盪漾？

本文將通過時序衞星遙感數據闡述羅布泊生態環境恢復的可能性，揭示羅布泊重生之密碼。

在過去1800多年間，受氣候變化和人類活動雙重影響，羅布泊的生態環境經歷了滄海桑田到大漠戈壁的鉅變，是中國四大無人區之一（圖1）。曾經這裏土肥水美，林草鳥獸蟲魚等生物資源豐富，作為絲綢之路上的重要節點，承載見證過區域內人類文明（如樓蘭古國）的興衰起落。然而，6500萬年以來青藏高原的整體抬升，阻隔了翻越高原並深入西北地區的水汽通道，區域內氣候逐漸乾旱，改變並重新塑造了區域生態系統格局。上個世紀初，隨着區域內生產生活的發展，用水量急劇增加，加劇了區域生態環境的乾旱化，使得羅布泊成為了“死亡之海”。

圖1 塔里木河流域數字地形和地表水系統分佈以及羅布泊地理位置

近幾十年來持續的氣候變暖正改變着全球的水文循環過程，觀測資料顯示，北方半乾旱和乾旱地區近年來降水量均呈現明顯的增加趨勢（圖2），北方乾旱地區的植被也在大面積恢復。曾經極度乾旱的塔里木盆地和柴達木盆地也開始出現大面積降雨。

圖2 塔里木盆地1989年至2019年降水量、蒸散量和平均温度的變化趨勢

為了探究在氣候變濕和塔里木盆地持續生態補水的情況下羅布泊是否有重生可能這一科學問題，2020年中科院空天院副研究員盧善龍團隊參與發起了“羅布泊及周邊區域生態水文和生物多樣性十年科學考察計劃”。此次研究成果即為2020、2021和2022年作者團隊在羅布泊及周邊區域考察、調研及室內研究得到的階段性成果。

該團隊針對這一問題，利用衞星遙感和陸面過程模型產品數據，分析了近30年來塔里木盆地地表水、地下水、降水、氣温、蒸發等水文氣象參量的變化及其相互關係。研究結果表明，在過去30年中，塔里木河流域和所有支流河流的地表水面積顯著增加（圖3）。

圖3 1989年至2019年塔里木河流域及其支流地表水面積變化趨勢和拐點變化時間

地表水面積的變化主要受降水、冰川融水和蒸散量變化的影響，其中降水量變化的影響約佔70%。此外，分別始於2000年和2015年的塔里木河和孔雀河水系的生態補水工程對於河流下游河道生態系統產生了十分積極的影響，湖泊和河流水面及河道周邊的植被均處於恢復狀態（圖4）。

圖4 塔里木河下游尾閭湖台特馬湖地表水面積與塔里木河生態輸水總量之間的關係

塔里木河流域各支流河流地表水的增加提高了各流域的地下水位，也對羅布泊的地下水位變化產生了積極影響。基於重力衞星獲取的時間序列地下水等效水厚度數據表明，2010年以來，羅布泊地區地下水位下降趨勢減緩，且在2015年出現明顯逆轉趨勢（圖5、圖6）。

圖5 2003~2019年羅布泊及周邊區域地下水時間過程和空間變化率分佈圖

圖6 2021年7月在羅布泊核心區（左）和山前邊緣地帶（右）觀察到的地下水出露深度

綜合流域內及各支流水系地表和地下水變化情況，該團隊總結認為，在區域氣候趨勢、生態輸水強度和地下水開採強度不發生逆轉變化的情況下，羅布泊地區的地下水位將在未來部分或全部恢復。而在區域地下水補給和蒸散之間實現平衡後，羅布泊生態系統將逐漸恢復。

羅布泊是受氣候變化和人類活動影響而乾涸的大湖。根據該團隊研究結果，羅布泊生態環境未來可能會在氣候變化和人類治理的雙重影響下逐步恢復。該研究為保護和恢復全世界乾旱地區退化的湖泊提供了一個令人鼓舞的案例，對全球乾旱和半乾旱地區（尤其是與研究區域相鄰的中亞地區）的湖泊生態保護和恢復、以及未來對氣候變化影響的適應具有重要參考價值。

該項研究成果以 Active water management brings possibility restoration to degraded lakes in dryland regions: a case study of Lop Nur, China （積極的水資源管理給乾旱地區退化的湖泊帶來了恢復可能性：以中國羅布泊為例）為題在Nature旗下刊物 Scientific Reports 在線發表，得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院等項目的支持。

來源：中國科學院空天信息創新研究院