南科大冯炼团队构建全新的全球湖泊数据集并揭示了小湖的重要性
作者： 发布日期：2022-11-01 浏览：
近日，南方科技大学环境科学与工程学院副教授冯炼团队在Nature Communications发表题为“Mapping global lake dynamics reveals the emerging roles of small lakes”的论文。该研究构建了全新的全球湖泊数据集GLAKES（全球湖泊水体范围），探讨过去近40年全球湖泊面积长时序时空动态变化，并揭示了小湖的重要贡献。
湖泊在全球水文和生物地球化学循环中扮演着重要角色，同时也拥有重要的生态功能。然而受气候变化和人类活动的影响，湖泊在全球范围内发生了快速变化，严重威胁了其生态功能与价值。清晰了解湖泊面积的时空动态过程是评估湖泊生态环境变化及其影响的基础。
研究团队利用全球水体发生频率数据集（GSWO）以及深度学习语义分割模型（U-Net），构建出了一套全新的全球湖泊边界数据集GLAKES。GLAKES数据集包含了全球340万个水体范围≥0.03km2的湖泊（1984-2019年间的最大范围），而其中数量占比49.8%及面积占比23.6%的湖泊位于北纬60°以北。与其它同类型数据集相比，该数据集同时具有覆盖范围广（60°S-80°N）、空间分辨率高（~30m）、能反映长期变化趋势（近40年）、时空一致性强（由相同的步骤生成而非不同区域数据集拼接而成）、总体精度高（总体精度>98.7%，交并比>88.7%）、对于小湖的突出刻画（最小面积可达0.03km2）等特点。
图1全球湖泊数量及面积分布
研究首次追溯了近40年3个时间段（1984-1999,2000-2009, 2010-2019）的全球湖泊面积变化过程，并探究了气候变化以及人类活动的影响。从第一时段（1984-1999）到第三时段（2010-2019），全球除南极洲以外的六大洲湖泊面积均呈现净增加趋势，总增加面积为46278km2；其中第二到第三时段（2010-2019）增加的面积仅有第一到第二时段的16.3%。从全球尺度上看，研究明确了由人类控制的水库调蓄（56%）而非由气候变化导致的冰川冻土融化是造成全球湖泊面积扩张的主要因素。
图2 1984-2019三个时段全球湖泊面积变化时空格局
研究进一步揭示了在全球以及区域尺度上，小湖（面积<0.1 km2）在湖泊面积以及碳排放的长期变化中的重要贡献。小湖以仅15%的面积占有量，贡献了46.2%的面积净增加量，并主导了一半湖泊区域的面积变化。同时，小湖占据了全球湖泊25%的CO2排放以及37%的CH4排放，并贡献了45%的CO2以及59%的CH4的净排放增加量。
图3 小湖在全球湖泊面积变化中的重要性
南方科技大学和香港大学联合培养博士生皮雪晖、南方科技大学2021级硕士生罗秋琪为论文共同第一作者，冯炼为通讯作者，南科大是论文第一单位。合作作者包括南科大环境科学与工程学院讲席教授郑春苗、刘俊国，助理教授梁修雨，副教授Luke Gibson，香港大学副教授李卫锋，哥本哈根大学学者Rasmus Fensholt、唐静、Martin Brandt，迪肯大学学者Brett A. Bryan，南科大计算机科学与工程系副教授程然，中科院精密测量科学与技术创新研究院蔡晓斌等。
该成果得到了国家自然科学基金、中国科学院A类战略性先导科技专项等的大力支持。
