地球的“肾”正在萎缩，陆地水储量减少与海平面上升

地球上的水不断循环，从海洋蒸发到陆地，再流回海洋。这个循环过程中，陆地就像一个巨大的“肾”，储存着大量的水。然而，近几十年来，这个“肾”却在逐渐萎缩。

全球陆地水储量的变化是气候变化研究的重要领域之一。近年来，科学家们通过卫星观测发现，全球陆地水储量出现了显著下降。这一变化不仅对水资源管理和生态系统产生了深远影响，还与全球海平面变化密切相关。有研究表明，全球内流区的水储量正在以每年约1000亿立方米的速度减少。研究表明，陆地水储量变化对海平面上升的贡献高达42%。这些研究结果充分说明了陆地水储量减少的严重性。

研究发现，自2014年5月至2016年3月，全球陆地水储量（TWS）急剧下降，而且到2023年尚未恢复。这一下降主要由一系列干旱事件引起，包括南美洲东北部的记录性干旱，以及其他五个大洲的干旱事件。这些干旱事件可能与全球变暖有关，通过增强蒸发和降水模式的变化，导致陆地干旱。与此同时，全球海平面上升的趋势也与陆地水储量的下降有关，在上述时间段内，全球海平面上升了约0.92毫米至1.07毫米，其中TWS损失占据了显著部分。

研究团队通过Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) 和 GRACE Follow On (GRACE-FO) 任务的卫星观测数据来监测全球陆地水储量的变化。这些卫星数据提供了全球范围内的地球重力场变化信息，从而能够估计地下水、土壤湿度、表面水、积雪等的总和。

GRACE 和 GRACE-FO 卫星观测通过测量地球的重力场变化来监测全球陆地水储量的变化。利用卫星测量的重力数据来分析地球水分变化的空间和时间分布。结合卫星测高数据和Argo浮标测量的海洋温度数据，来估计海平面变化

参考文献：Matthew Rodell, Anne Barnoud, Franklin R. Robertson, Richard P. Allan, Ashley Bellas-Manley, Michael G. Bosilovich, Don Chambers, Felix Landerer, Bryant Loomis, R. Steven Nerem, Mary Michael O’Neill, David Wiese & Sonia I. Seneviratne， An Abrupt Decline in Global Terrestrial Water Storage and Its Relationship with Sea Level Change.  Surveys in Geophysics， DOI:10.1007/s10712-024-09860-w

一、影响陆地水储量的因素有哪些？

陆地水储量是指地球陆地上所储存的水的总量，包括地表水（河流、湖泊、水库等）、土壤水、地下水、冰川和积雪等。这些水体共同组成了地球水循环的重要组成部分，对生态系统、气候和人类社会产生深远影响。

陆地水储量是一个动态平衡的过程，受到自然和人为因素的共同影响。影响陆地水储量的因素主要分为自然因素和人为因素两大类：

1. 自然因素

• 气候变化： 气温升高、降水模式改变等气候变化会直接影响蒸发、降水、径流等水文过程，从而改变陆地水储量。例如，全球变暖导致冰川融化加速，海平面上升，陆地水储量减少。
• 地形地貌： 地形地貌影响降水的分布、地表径流的汇集和下渗，进而影响陆地水储量。
• 植被覆盖： 植被通过蒸腾作用影响水分循环，植被覆盖度的变化会直接影响土壤水分含量和地表径流。
• 地质条件： 岩石类型、土壤结构等地质条件影响水的入渗、渗透和储存能力，从而影响地下水储量。

2. 人为因素

• 水资源开发利用： 过度抽取地下水、大规模引水工程、水库建设等人类活动都会改变地表水和地下水的分布，从而影响陆地水储量。
• 土地利用变化： 土地利用方式的改变，如森林砍伐、城市化等，会改变地表覆盖，影响水文过程，进而影响陆地水储量。
• 污染： 水污染会降低水资源的利用价值，甚至导致水资源丧失，从而影响陆地水储量。

二、如何通过卫星观测数据分析全球水储量的变化？

GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) 和 GRACE-FO (Follow-On) 是一对对地观测卫星，通过测量地球重力场的微小变化来监测地球质量的重新分布。由于水具有质量，因此GRACE卫星可以监测地球上的水储量变化，包括冰川、冰盖、地下水和地表水。

GRACE卫星通过测量两颗卫星之间的距离变化来感知地球重力场的微小变化。当卫星飞越质量较大的区域（如大量水体）时，引力作用会略微拉近两颗卫星之间的距离。通过分析这些距离变化数据，科学家可以推算出地球不同区域的质量变化，从而估算出陆地水储量的变化。

利用GRACE/GRACE-FO数据分析水储量变化的步骤：

• 数据获取与预处理: 从NASA等机构获取GRACE/GRACE-FO的重力场数据，进行质量控制和去噪处理。
• 水储量反演: 将重力场变化转化为水储量变化。这一过程通常涉及到地球物理模型和数值模拟。
• 时空分析: 对反演得到的水储量数据进行时空分析，了解其变化趋势、空间分布特征以及与气候变化、人类活动的关系。
• 与其他数据融合: 将GRACE数据与其他遥感数据（如SMOS、SMAP）、气象数据和水文模型数据进行融合，提高分析结果的可靠性。

GRACE数据可以帮助我们监测全球和区域尺度的水储量变化，了解水资源的时空分布特征。通过分析GRACE数据，可以评估气候变化对冰川融化、地下水枯竭等水文过程的影响。GRACE数据可以帮助我们监测干旱、洪涝等极端气候事件对水储量的影响。GRACE数据可以帮助我们评估农业灌溉、城市化等人类活动对水资源的影响。

GRACE/GRACE-FO可以监测全球范围内的水储量变化，可以精确测量大尺度的水储量变化，提供了长时间序列的数据，有助于分析水储量的长期变化趋势。但GRACE数据的空间分辨率相对较低，难以捕捉小尺度的水文过程。RACE数据存在一定的噪点，需要进行仔细的处理，GRACE对深层地下水变化更为敏感，对浅层地下水变化的监测能力相对较弱。

通过对GRACE和GRACE-FO数据的分析，科学家们能够更好地了解全球水循环过程，为水资源管理、气候变化研究等提供重要的科学依据。

三、思考

除了增强蒸发和改变降水模式，气候变化还可能通过哪些机制影响全球陆地水储量的变化？未来有哪些气候模型可以用于更精确地预测这一变化？

全球不同地区的干旱事件对局部生态系统和人类社会有何长期影响？这些影响是否具有全球可比性？

目前的卫星观测技术在监测全球水储量方面还存在哪些局限？未来可以如何改进这些技术以获得更精确的数据？

除了陆地水储量的变化，其他因素（如海洋热膨胀、冰川融化等）对海平面上升的贡献有多大？这些因素如何相互作用，导致综合的海平面变化？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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