這張地圖顯示了2008年勞倫廷大湖區的平均生産力。湖泊生産力從低到高表現為藍色到紅色。（圖片來源：Karl Bosse/密歇根技術研究所）

十六年的遙感數據顯示，氣候變化會影響地球上最大的淡水湖的碳固定的趨勢。

一項NASA資助的研究考察了世界上面積最大的11個淡水湖，并結合野外觀測和衛星探測，為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。

密歇根技術研究所(MTRI)的科學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個湖泊擁有地球上50%以上的地表淡水，是數百萬人和無數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非洲的坦噶尼喀湖見證了初級生産者最大的變化——水體中藻類的生長。藻類生産力的波動表明湖泊生态系統發生了巨大變化。

“這些湖泊食物鍊的基礎是藻類。湖泊中到處都是小型藻類等浮遊植物，”MTRI大學的研究員、最近退休的美國國家海洋和大氣管理局大湖環境研究實驗室的高級研究科學家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，都意味着整個湖泊在變化，這将影響到從浮遊動物到魚類的整個食物鍊。”

許多因素都影響着這些湖泊。氣候變化、營養物質增加（富營養化）和物種入侵都導緻了整個系統的變化。從地面進行現場觀察十分有限，很難确定具體的影響因素。

用顔色來對浮遊植物進行計數

但是衛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果。MTRI的科學家、該研究的主要作者Michael Sayers用海洋顔色來追蹤淡水浮遊植物的動态——根據水的顔色推斷浮遊植物的類型和數量。

坦噶尼喀湖、大熊湖和大奴隸湖在16年間（2003-2018年）的全湖生産力。每一個湖泊在這段時間内都表現出了顯著的産量變化，據此繪制出了最佳拟合曲線。 （圖片來源：Karl Bosse/密歇根技術研究所）

Sayers說：“我們依靠NASA在2002年發射升空的AQUA衛星獲取數據，它搭載有MODIS傳感器，應用了MTRI開發了十年的算法和模型。統計全球11個湖泊16年來觀測到的像素數量，這是非常了不起的。”他補充說，每個湖泊觀測到的像素有數百萬個。

最顯著的發現是，在不到20年的時間裡，這些淡水湖發生了迅速的變化——這是個值得關注的數字。這項研究有利于NASA碳監測系統實現目标，即确定淡水湖對全球碳循環的貢獻。

“世界上最大的三個湖泊正顯示出與氣候變化相關的重大變化。在過去16年裡，整體的生物生産力變化量為20%~25%。”Fahnenstiel說。

不僅僅是藻類

在16年的數據中，加拿大北部的大熊湖和大奴隸湖的生産力增長最快，而非洲東南部的坦噶尼喀湖的生産力卻有所下降。這種趨勢與水溫的升高、太陽輻射以及風速的降低有關。

Sayers說，通過觀察淡水湖泊的生産力、藻類數量、水體透明度、水溫、太陽輻射和風速，可以更全面地了解整個生态系統。

“溫度和太陽輻射是引起氣候變化的因素，”Sayers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，可能是由于富營養化，或者是入侵物種，如斑蛤贻貝引起。”

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果，對衛星觀測進行地面實況調查，并為模型估計提供數據。

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》）的文章發表在Water雜志上。研究人員計劃繼續他們的研究，将他們目前掌握的知識應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（York University）博士後研究員Alessandro Filazzola）

俗話說，水是生命之源。湖泊是許多人賴以生存的水體。更好地了解湖泊生産力的變化對居住在湖岸的群體極為重要。持續深入研究淡水湖在全球碳循環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

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