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概述
在全球变化背景下，青藏高原地表环境也发生了深刻改变。高原湖泊的水位、面积及其他属性均发生了显著变化。而青藏高原上的高海拔湖泊均为两季混合湖，湖泊冻结与消融过程是高原湖泊研究中不可忽视的重要环节。高原湖冰的存在，减小蒸发和太阳辐射穿透，隔绝大气和湖泊之间的动量和能量交换，减弱湖泊水体内部的湍流混合过程，同时也影响湖泊生物化学过程。那么青藏高原湖泊的冻融近年发生了哪些变化呢，未来又可能何处发展？
在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目共同资助下，中国科学院空天信息创新研究院张兵研究员带领的水环境遥感团队联合国外合作研究团队，面向青藏高原典型湖泊，分别利用遥感监测和模型模拟的方法获取长时间序列湖冰物候（即湖泊冻融时间）信息，并分析影响因素和对气候变化的敏感性。相关成果：
Guo L, Wu Y, Zheng H, et al. Uncertainty and variation of remotely sensed lake ice phenology across the Tibetan Plateau[J]. Remote Sensing, 2018, 10(10): 1534. (https://www.mdpi.com/2072-4292/10/10/1534)
Guo L, Zheng H, Wu Y, et al. Responses of Lake Ice Phenology to Climate Change at Tibetan Plateau[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2020. (https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9130813)
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背景和意义
青藏高原是全球气候变化的敏感区域，作为世界上最大的几个湖泊系统之一，对其湖泊水热平衡参量的研究是区域乃至全球气候变化的重要组成部分。湖冰影响着湖泊的光学特性，其存在将降低水体吸收到的太阳辐射，并且直接隔绝水体和大气之间的能量、动量和质量交换从而影响水体的混合，因此湖冰是当前高寒区湖泊水热平衡研究的重要参数之一。湖冰物候，即湖泊的冻结和融化时间，直接受温度变化的影响，对区域气候变化有很好的指示作用。由于高原实测数据的难以获取，利用遥感技术和模型模拟是获得湖冰物候的有效手段。
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数据和方法
（一）利用遥感技术获取湖冰物候
1. 基于反射率时间序列提取湖冰物候（M1）：所用数据是NASA数据中心下载的MOD09GA(反射率产品)产品。原理是根据冰/雪与水反射率之间的差异得到物候的阈值，利用近红外波段反射率全湖平均值的时间谱数据提取湖泊物候信息。
2. 基于MODIS雪产品提取湖冰物候（M2）：所用数据是NASA数据中心下载的MYD10A2（冰雪产品）产品。原理是利用分类产品计算水体面积相对湖泊总面积的占比，从而设定阈值获得湖冰物候。
3. 基于反射率和湖面温度时间序列提取湖冰物候（M3）：所用数据MOD09GA和MOD11A1（地表温度产品）。方法原理是在根据近红外波段的反射率确定湖泊冰冻和融化时间段对应的水面温度，确定温度阈值，从而提取湖泊物候信息。
（二）基于改进版air2water模拟的表面水温获取湖冰物候
Air2water模型是基于能量平衡的一维模型，以气温作为驱动数据，可以模拟非结冰期的湖泊水面温度。我们改进了该模型，使其能够模拟出三种状态（冰、水、冰水混合）下全年的湖泊表面温度并通过参数化得到湖泊冻融对应的温度阈值。从而得到长时间序列的湖泊物候。
我们以中国地面气候资料气温日值数据作为模型输入数据，以MOD11A1为模型率定和验证数据，模拟得到纳木错40年湖冰物候序列。
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主要结论
• 青藏高原湖泊的湖冰物候期空间上差异很大，总体来说高原湖泊结冰一般开始（FUS）于11月中至1月初，12月初至2月初完全冻结（FUE），3月中至5月中开始融化（BUS），完全融化于4月中至6月下旬（BUE）。根据遥感监测结果2000-2015年，22个湖泊中9个湖泊结冰期呈缩短的趋势。
• 湖冰物候的空间差异与区域气候特征密切相关。温度对湖冰物候起主要作用，且对结冰过程的影响比融化过程更显著。
• 纳木错湖泊过去40年（1978-2017）结冰推迟，融化提前，完全结冰期以每年0.72天的速度缩短，且小于0摄氏度的累积气温对物候变化的影响最显著。
• 如果未来青藏高原气温持续升高，纳木错湖泊的物候将变化更为明显。当气温升高2℃时，纳木错冰期可能缩短达60天以上。
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转载自水环境遥感
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原文标题：论文推荐 | 青藏高原湖泊冰期将持续缩短
图文排版：吴炜
责任编辑：李倩
审编：鲁嘉颐
终审：颜子明 黄宗财 梁龙武