全球湖泊总数超过1亿个，水量占地球表面液态淡水的87%，具有丰富的生物多样性资源，能够提供重要的生态系统服务。但是，近几十年来，人类活动引起的气候变化已经影响到全球每个地区，导致多种极端天气和气候，引起大气、海洋和陆地变暖，大气、海洋、冰冻圈和生物圈都发生了广泛而迅速的变化。受人类活动和全球气候变化的多重影响，湖泊生态系统也产生了强烈的响应。

湖冰减少

湖冰物候（即冰冻和融化的时间）是气候的敏感指标。湖水结冰和融化记录表明，由于气候变化，北半球的湖泊结冰时间变晚、冰融化变早、冰期变短。全球湖泊的冰盖正在减少，如果气温升高4 °C，超过100 000个湖泊将面临冬季无冰的风险。过去150年中，北半球湖泊的冰期平均缩短了28 d，近几十年来的变化率更高。

湖泊表层水体变暖

湖泊表层水温（LSWT）也是气候变化的指标之一，全球暖季湖泊表层水温综合观测结果表明，1985—2009年，全球湖泊以平均0.34℃/10a的速度变暖，与气温变化趋势相似甚至超过了气温变化趋势。一般来说，冬季寒冷地区（平均气温<－0.4℃）的湖泊比冬季温暖地区的湖泊变暖更快，部分反映了极地和高纬度地区气温升高的放大作用。

湖泊蒸发量增加

预计到2100年，全球平均每年湖泊蒸发量将比2006—2015年增加16%，区域差异取决于冰盖、湖泊分层、风速和太阳辐射等因素。预计低纬度地区的年蒸发量增幅最大（年变化率约为210 mm/a），而低纬度地区目前的蒸发率已经很高（2006—2015年30° S～30° N间湖泊年均蒸发量为1 622 mm/a）。

湖泊蓄水量变化

气候驱动的湖泊蓄水量变化是湖泊流域内可用水量变化的结果，从根本上看是降水、蒸发水量损失和陆地蓄水量变化之间权衡的结果。这种权衡包括考虑地表水平衡过程，例如蒸散、雪和土壤蓄水和径流，以及湖内过程，例如地表水和地下水流出和开放水域蒸发。除某些情况外（例如冰川融水的输入），地表水储存量在气候时间尺度上的变化很小，从而导致降水-蒸散和总径流之间的长期平衡。随着气候变暖和水文循环加剧，降水和蒸散预计都将在全球范围内增加。全球湖泊蓄水量对气候变化敏感，但具有较大的区域变异性，由于缺乏可靠的、长期的、同质的和高空间分辨的水文观测资料，湖泊蓄水量预测受到限制，未来湖泊蓄水量变化幅度仍不确定。

湖泊混合模式改变

作为对气候变化引发的湖泊表层水体变化的响应，湖泊的混合状况将会随着时间的推移而发生变化，从而对湖泊生态系统产生诸多影响。湖泊季节性混合状态主要分为多次混合、双次混合、单次混合、较少混合、不完全混合5种模式，冬季冰盖的减少和湖面水温的升高导致了混合机制的改变，通常会导致湖泊混合的频率降低。21世纪以来，最常见的湖泊混合状态变化之一是从双次混合型变为单次混合型，到2080—2099年，约有17%的湖泊可能会经历这种混合状态变化。另一个常见变化是从单次混合到较少混合或不完全混合的变化。冬季湖泊表层水温升高是从单次混合向不完全混合转变的关键因素，特别是，如果深湖地表温度不再降至4 ℃，则分层会从一个夏天持续到下一个夏天而不中断，从而抑制完全翻转。

湖泊溶解氧降低

湖泊温度升高可能会降低氧的溶解度、加快分解速度、促进水体热分层，使湖泊溶解氧降低，但温度升高后，初级生产力增强，氧气的含量也可能会增加。有文章分析了45 148条溶解氧和温度曲线，对1941—2017年393个温带湖泊的变化趋势进行了测算。结果发现，湖泊表层水体和深水区栖息地中普遍存在溶解氧降低现象，只有少数浮游植物大量繁殖的高生产力暖湖表层水体中溶解氧含量有所增加。表层水体溶解氧减少主要与水温升高后氧气溶解度降低有关，而深水层溶解氧下降与热分层的增强和水体透明度减弱有关，与氧气溶解度的变化无关。研究结果表明，气候变化和水体透明度下降改变了湖泊的物理、化学环境。淡水溶解氧下降是全球海洋的2.75~9.3倍，可能对必要的湖泊生态服务功能构成威胁。

生态系统变化

气候变化会扩大富营养化和其他应激源对湖泊生态系统的负面影响。例如，湖泊水温升高会促进浮游植物大量繁殖，造成群落组成变化及相关水质变化。许多湖泊中都观测到藻类水华较早（提前）的发生，例如，中国太湖2003—2017年水华提前了30d，芬兰伊恩湖从1984—1994年至2007—2017年水华提前了28.5 d。不断变化的水温还会进一步影响新陈代谢、生物多样性和物种入侵。

冬季条件和降水的变化也会产生一系列后果。例如，改变湖冰的持续时间、起止时间和条件将影响生物地球化学循环、群落组成、藻类生物量、食物网动态和气体排放，永久冻土融化也会产生类似的后果。降水和融雪是影响湖泊中养分和溶解性有机物有效性的主要因素。与其他环境变化耦合，更潮湿的气候将导致溶解有机物质的陆地输入产生“棕色”湖泊，这对碳循环和缺氧、物种入侵、病原体的持久性和其他生态属性都具有影响。气候变化以及湖泊褐变和富营养化相结合将改变水生食物网的功能和能量供应。

有研究发现，全球的水生植被正在加速退化，尤其是沉水植被丧失严重，在面积＞50 km2的湖泊中尤为明显。101个水生植被覆盖面积减少的研究地点中，1900—1980年、1980—2000年、2000年后每年平均退化率分别为（13.5±16.9）%、（21.8±28.9）%、（33.6±59.8）%，退化速率显著加快。造成水生植被减少的主要原因可能来自于多种外界压力，如富营养化、藻华、土地开垦、水产养殖和全球气候变化，未来营养物输入增加和日益增多的高频极端气候事件可能会加剧这一情况。

研究湖泊对气候变化的响应需要建立在可持续、系统、多变量的观测基础上，改进遥感（尤其是小型湖泊的遥感）和原位监测数据，对于全面了解湖泊过程及其对气候变化的响应至关重要。为使遥感感测与原位监测有机结合，卫星观测必须与来自浮标、现场采样、长期监测网络和古湖泊学数据集，以及高时空分辨的先进原位技术（例如自主浮标、滑翔机和无人机）相结合。观测结果应与统计和基于过程的湖泊模型的预测相结合，将卫星和原位观测与数值模型系统地结合在一起进行数据同化，并将来自湖泊模型的过程理解整合到先进的机器学习建模技术中，提高预测湖泊对气候变化响应的能力。

主要参考文献：

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