大気温暖化に対する温帯湖の熱応答の制御

Nature Communications volume 14、記事番号: 6503 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

大気の温暖化により湖が加熱されますが、盆地間の変動の原因はよくわかっていません。 ここでは、345 の温帯湖の水温、栄養状態、地域の気候に関する数十年にわたるプロファイルを湖の地形および流域の特性に関するデータと組み合わせて、水 (WT) と空気 (AT) の相対的な温度変化の制御を特定します。夏の間。 地域の気候 (AT、風速、湿度、日射量)、土地被覆 (森林、都市、農業)、地形 (標高、面積/深さの比)、および水の透明度の違いが、速度の違いの >30% を説明していることを示します。大気の加熱と比較した湖の加熱の影響。 重要なのは、空気が暖まると湖の加熱速度が遅くなることです (P < 0.001)。 透明で冷たくて深い湖、特に標高が高く、荒らされていない集水域にある湖は、大気温度の変化に特に敏感です。 私たちは、特にすでに陸地の開発や富栄養化が起こっている場所では、より温暖な将来には地表水の温暖化速度が大気と比較して低下する可能性があることを示唆しています。

気候変動は世界中の湖に大きな変化をもたらし、生態系と人類に対する現在の脅威をさらに悪化させると予想されています1,2。 湖は水文学的、生物地球化学的、生態学的プロセスの中心であるため、気候変動に対する湖の反応性に関する知識は生態系サービスの管理と維持に不可欠です3。 特に、最近の研究は、生物の成長、生物地球化学サイクル、食物網相互作用などの生態系プロセスの調節における湖水温 (WT) の重要な役割のため、大気温暖化に対する湖のパターンと見かけの感受性に焦点を当てています2。 水の比熱が高いため、湖の水温は高周波の気象変動に対して緩衝されることが多く、その代わりに、気候変動に関連するエネルギー流束の長期的（月単位から年単位）の変化を統合します4。 その結果、氷床、成層、表面温度、蒸発、水位の特性はすべて、気候温暖化に応じてここ数十年で顕著に変化しました2。 また、大気温度（AT）の上昇により、シアノバクテリアのブルームの頻度、規模、地理的範囲など、富栄養化の症状が増強されているという懸念も高まっています5、6、7。 したがって、気候温暖化に対する湖水温の反応を理解することは、生物の変化を予測し、湖とそれに関連する生態系に対する気候変動の影響を予測するために重要です8。

最近の研究では、湖水温の数十年にわたる傾向が記録されており、大気の温暖化に応じて湖面の WT が広範に増加していることが示唆されています 8,9,10,11,12。 例えば、Jane et al.9 は、温帯の湖面の WT が 1980 年から 2017 年にかけて 10 年あたり 0.39 °C 増加したのに対し、AT は同じ期間で 10 年あたり 0.30 °C 増加したことを示しました。 気温と水温の変化速度の違いに加えて、個々の湖は、場合によっては大気の温暖化にもかかわらず湖全体の冷却を含め、表面の WT 変化の速度と大きさが広範囲にわたっていました 13。 これらの発見は、WT が AT の増加に一律に反応すると仮定するのではなく、盆地の熱収支を制御する要因を考慮することの重要性を強調しています。

湖の温暖化速度が不均一であるため、湖の WT 傾向について単純に述べることができない可能性があり 13、気候、流域の特性、湖の地形計測、現場の栄養状態など、温暖化の制御の可能性を考慮することの重要性が強調されています。 一般に、気候的特徴（日射量、湿度、風速など）は、湖と大気の温暖化速度の差を制御する主な要因であると予想されています 3,14 が、湖内の熱の再分配を制御するパラメータは湖の温暖化に二次的な影響を及ぼします 10 。 実際、湖の地形（深さ、水の滞留時間、標高など）15、16、17、流域の特性（土地利用など）18、19、および栄養状態（水の透明度など）17、20、21 の変化は、エネルギーが深さに応じてどのように分布するかに影響を与えることで、個々の湖に対する気候の影響を調整します。 例えば、Woolway et al.16 は、寒くて深い湖は AT の変化により迅速に反応することを示唆していますが、他の研究者は、浅い湖は大気温暖化の影響をより受けやすいことを発見しました 15,22。 Rose et al.21 は、AT 変化に対する湖の WT の反応は、水の透明度や湖の深さの違いの一部として場所によって異なることを示しています。 大気条件に対するWTの反応性のこの変動は、気候やその他のストレス要因に対する湖の不均一かつ複雑な反応を浮き彫りにし、気候変動による生態系損傷のリスクを予測することを困難にしています。 さらに、これまでのところ、ほとんどの機構推論は数値シミュレーション実験から導かれており、依然として広範な湖の観察を使用した検証が必要です。 湖の生態系はすでに人間が引き起こす数多くのストレス因子（富栄養化7、脱酸素化9など）による深刻な脅威にさらされているため、地球規模の気候変動がこれらの重要な生態系に対する既存のストレス因子の影響をどこでどのように増大させるのかを理解し、対策を講じることが極めて重要である。この知識は将来の管理および保全戦略に役立ちます24。