這張地圖顯示了勞倫廷大湖區(qū)2008年的平均生產(chǎn)力。湖泊生產(chǎn)力從低到高表現(xiàn)為藍色到紅色。

（圖片來源：Karl Bosse/密歇根技術(shù)研究所）

十六年的遙感數(shù)據(jù)顯示，地球上最大的淡水湖里，氣候變化會影響碳固定的趨勢。

一項NASA提供資金的研究考察了世界上11個最大淡水湖，并結(jié)合野外觀測和衛(wèi)星探測，對大型水體固定碳的方式以及變化的氣候和湖泊相互作用的方式提供了新認識。

密歇根技術(shù)研究所(MTRI)的科學(xué)家們研究了美國和加拿大邊境的勞倫提安五大湖；非洲坦噶尼喀湖、維多利亞湖和馬拉維湖三大湖；俄羅斯的貝加爾湖；以及加拿大的大熊湖和大奴隸湖。

這11個湖泊擁有50%以上的地表淡水，是數(shù)百萬人和無數(shù)其他生物賴以生存的家園，因此，了解它們受氣候變化和其他因素影響的機理極為重要。

加拿大的兩個湖泊和坦噶尼喀湖見證了初級生產(chǎn)者最大的變化——水體中藻類的生長。藻類生產(chǎn)力的波動表明湖泊生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化。

“這些湖泊食物鏈的基礎(chǔ)是藻類生產(chǎn)力。湖泊像海洋一樣大，到處都是小型藻類的浮游植物。”MTRI大學(xué)的研究員、最近退休的美國國家海洋和大氣管理局大湖環(huán)境研究實驗室的高級研究科學(xué)家Gary Fahnenstiel說，“我們測量了碳固定率，也就是藻類在這些湖泊中光合作用的速率。這一速率無論是增加還是減緩，都意味著整個湖泊在變化，這將影響到從浮游動物到魚類的整個食物鏈?！?/p>

許多因素影響著這些湖泊。氣候變化、營養(yǎng)物質(zhì)增加（富營養(yǎng)化）和入侵物種都導(dǎo)致了系統(tǒng)范圍的變化——特別是從地面進行有限的現(xiàn)場觀察，所以很難確定具體的影響因素。

用顏色來計數(shù)浮游植物

但是衛(wèi)星圖像使噪聲分類變得更容易，并且提供了時間上和空間上的觀察結(jié)果。MTRI研究科學(xué)家、該研究的主要作者Michael Sayers用海洋顏色遙感來追蹤淡水浮游植物的動態(tài)——根據(jù)水的顏色推斷浮游植物的類型和數(shù)量。

坦噶尼喀湖、大熊湖和大奴隸湖在16年間（2003-2018年）的全湖生產(chǎn)力。每一個湖泊在這段時間內(nèi)都表現(xiàn)出了顯著的產(chǎn)量變化，據(jù)此繪制出了最佳擬合曲線。 （圖片來源：Karl Bosse/密歇根技術(shù)研究所）

Sayers說：“我們依靠NASA在2002年發(fā)射升空的AQUA衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)，它搭載有MODIS傳感器，應(yīng)用MTRI開發(fā)了十年的算法和模型。統(tǒng)計全球11個湖泊16年來觀測到的像素數(shù)量，這是非常了不起的。”他補充說，每個湖泊觀測到的像素“有數(shù)百萬個”。

最顯著的發(fā)現(xiàn)是，在不到20年的時間里這些淡水湖發(fā)生了迅速的變化——這是個值得關(guān)注的數(shù)字。這項研究有利于NASA碳監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)目標，即確定淡水湖對全球碳循環(huán)的貢獻。

“世界上最大的三個湖泊正顯示出與氣候變化相關(guān)的重大變化。在過去16年里，整體的生物生產(chǎn)力變化量為20%-25%?！盕ahnenstiel說。

不僅僅是藻類

在16年的數(shù)據(jù)中，加拿大北部的大熊湖和大奴隸湖的生產(chǎn)力增長最快，而非洲東南部的坦噶尼喀湖的生產(chǎn)力卻下降。這種趨勢與水溫的升高、太陽輻射以及風(fēng)速的降低有關(guān)。

Sayers說，通過觀察淡水湖泊的生產(chǎn)力、藻類數(shù)量、水質(zhì)透明度、水溫、太陽輻射和風(fēng)速，可以更全面地了解整個生態(tài)系統(tǒng)。

“溫度和太陽輻射是氣候變化的因素?！盨ayers說，“葉綠素和水體透明度的變化不一定是由氣候變化引起的，可能是由于富營養(yǎng)化，或者是入侵物種，如斑蛤貽貝引起?！?/p>

研究人員使用了五大湖研究中心的研究船隊進行的湖泊測量結(jié)果，對衛(wèi)星觀測進行地面實況調(diào)查，并為模型估計提供數(shù)據(jù)。

這篇題為“Carbon Fixation Trends in Eleven of the World's Largest Lakes: 2003–2018”（《2003-2018年世界上11個最大湖泊的固碳趨勢》）的文章發(fā)表在Water雜志上。研究人員計劃繼續(xù)他們的研究，將他們目前掌握的知識應(yīng)用到有害藻華對大氣碳通量的影響上。

美國北部湖泊。 （圖片來源：約克大學(xué)（York University）博士后研究員Alessandro Filazzola）

俗話說，水是生命之源。湖泊是許多人賴以生存的水體。更好地了解湖泊生產(chǎn)力的變化對居住在湖岸的群體極為重要。持續(xù)深入研究淡水湖在全球碳循環(huán)和氣候變化中的作用，對地球共同體具有重要意義。

作者：Kelley Christensen

翻譯：榮濟妍

審校：趙歡

引進來源：密歇根理工大學(xué)