中科院南京湖泊所宋春桥团队Science Bulletin | 卫星揭示全球湖泊和水库季节性缓冲模式的差异

湖泊和水库对水资源的季节性再分配对全球水安全至关重要，但它们在调节全球水循环中的不同作用此前尚缺乏量化研究。本研究结合多源卫星观测数据（包括GRACE-FO重力卫星、ICESat-2激光测高卫星、Landsat光学影像等），揭示了天然湖泊与人工水库在调节陆地水储量（TWS）季节性变化中的差异。研究发现，湖泊和水库共同缓冲了全球10.9% 的TWS季节性变幅，且这一效应在北半球增强至16%–27%。值得注意的是，水库仅占全球水体面积的17.4%，却贡献了全球缓冲能力的48.5%，显著重塑了地表水储量的时空格局。湖泊多分布于湿润高纬度地区，通常与自然水文季节周期同步；而水库集中于干旱且人口密集的中低纬度地区，受人为调度支配。这种人为干预改变了全球118个主要流域中62个流域的自然水文季节相位。管理策略因区域而异，从美国和欧洲的季节性供水，到印度和西非的秋冬资源截留，再到长江等季风主导流域的防洪调度。这些发现凸显了人类水管理对行星尺度水文的深远影响，以及其在增强水文极端事件韧性中的关键作用。

湖泊与水库共同缓冲了全球约十分之一的陆地水储量季节性变幅。全球尺度上，湖泊和水库的季节性水储量变化合计为2798 ± 304 km³，占TWS季节性变化的10.9%。其中天然湖泊贡献51.5%（1440 ± 156 km³），人工水库贡献48.5%（1358 ± 148 km³）。尽管水库总面积仅为湖泊的约五分之一，但其缓冲能力却与所有天然湖泊的总和相当，凸显了人类工程对全球水文循环的显著改造。

北半球是季节性缓冲效应的主导区域，空间差异显著。北半球湖泊与水库的聚合缓冲能力（占TWS季节性变幅的16.6%）远高于南半球（6.0%）。北美洲因五大湖和加拿大湖泊群，缓冲能力高达27.3%，为各大洲之首；而大洋洲（4.0%）和南美洲（5.8%）最低。流域尺度上，圣劳伦斯流域（77.5%）、里海流域（49.5%）、芬兰流域（42.6%）和青藏高原内流区（32.6%）表现出极高的缓冲能力。

湖泊主导湿润高纬，水库主导干旱中低纬，区域分异鲜明。全球118个主要流域中，48个流域（面积占比52%）由湖泊主导（LWSsc > RWSsc），集中分布于北美、西伯利亚、亚马逊和东非等湿润地区；70个流域（面积占比48%）由水库主导（RWSsc > LWSsc），主要分布在（半）干旱和/或人口密集的中低纬度地区，如亚洲、中东、中美洲、西非及南美和澳大利亚的东海岸。其中39个流域水库影响超过80%，包括美国科罗拉多和墨西哥湾沿岸流域、南美奥里诺科和托坎廷斯、非洲安哥拉和奥兰治，以及印度半岛和湄公河流域。

水库人为调度彻底改变了自然水文季节相位。天然湖泊的水储量峰值与TWS峰值在73个流域（面积占比62.8%）中基本同相（相位差≤2个月），体现自然缓冲延迟。而水库的调度使62个流域（如托坎廷斯、南非内陆、恒河和长江）的季节性相位被重新配置。以长江流域为例，水库水储量峰值出现在11月，与TWS和湖泊的7月峰值完全反相，表明水库通过蓄积季风期洪水以降低洪涝风险。亚洲季风流域（黑龙江、恒河、印度河、湄公河）的水库多在晚秋达到峰值，而密西西比和多瑙河流域则在夏季达到峰值，反映了不同区域管理目标的差异。

水库缓冲能力的区域差异受多种人为因素驱动。水库增强的缓冲能力与用电量、灌溉面积、洪水频率和人口密度显著相关，但各大陆的主导因素不同：欧洲和北美主要受水电需求（用电量）驱动；南美洲和大洋洲以洪水管理为主；亚洲则受农业灌溉与水电需求共同影响；非洲由防洪、水电和灌溉需求共同塑造。南亚和东亚人口密集区，高水库缓冲能力与高人口密度高度关联。这些结果表明，人类活动已在行星尺度上重构了地表水的自然节律，对应对日益加剧的水文极端事件具有重要管理启示。

Chen, T., Cooley, S. W., Madson, A., Ke, L., Wang, J., Zhang, Y., Xu, N., Liu, K., Zeng, F., Zhan, P., Fan, C., & Song, C. (2026). Satellites reveal contrasting seasonal buffering patterns of global lakes and reservoirs. Science Bulletin, 71(23), 3753–3764. https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.06.024