在天空中监测全球水资源

全世界的科学家们利用GRACE观测到的数据原始而准确地监测流域水储量的巨大变化。图片来源：NASA/JPL-Caltech一年一度的“世界水周”将于8月26日至31日在瑞典大城斯德哥尔摩举办，今年的主题为“水，生态系统和人类发展。”解读水资源对生态环境和人类社会的影响，必不可少科技手段的承托。

过去十六年，一对由美国国家航空航天局（NASA）和德国航空太空中心升空的卫星（GRACE）在地球轨道上移动，通过有所不同区域地球引力的差异来辨别流域水储量的大小，以此跟踪水在海洋中、陆地上以及大气层中的运动。全世界的科学家们利用GRACE观测到的数据原始而准确地监测流域水储量的巨大变化。

近年来基于GRACE观测的研究指出，必要的人类活动和气候变化于是以更加深刻印象地影响全球的水文情势。太空中的“眼睛”GRACE双星于2002年升空升空，两颗卫星在距地400多公里的轨道上运营。

与其他卫星工作原理有所不同的是，GRACE卫星观测的是地球重力场的微小变化。地球上的海洋、冰川和地下水的流动和转变，都会影响地球某些区域的比较“重量”，从而引发地球重力场的适当变化。这黯淡的变化难逃两颗卫星的“眼睛”。

重力场的变动不会转变两颗卫星之间的比较距离，并被卫星通过微波测距技术记录下来。根据这一数据，研究者可以推算地球重力场再次发生的转变，进而估算入水的总体质量再次发生的变化。跟踪水资源变化2002年以来，GRACE重力卫星为我们刻画了全球淡水可用性的面貌。

最近的一项研究对2002年到2016年GRACE卫星观测到的34个水储量变化趋势展开了分析分析。这些区域水储量的下降或上升幅度都相比之下多达了之前水文模型的仿真，有些观测区域的变化是仿真数据的十倍之多。所谓流域总水储量 (Terrestrial water storage)由几部分构成，还包括地表水（湖泊、水库、河流、冰川、积雪等）、土壤水和地下水。

根据该研究，气候变化和人类活动深刻印象转变了全球水文情势。这在中国华北地区非常显著，大规模谓之调水工程，以及最近的节水小麦推展，都是人类活动明显转变区域水储量及其产于的最重要相比较。被高估的影响某种程度根据GRACE重力卫星的监测数据，2018年初公开发表的一项研究认为，所有的水文模型都相当严重高估了全球流域水储量的变化。

研究找到底格里斯河流域、恒河流域、印度河流域和美国加州中央谷地等区域由于农业灌溉、地下水开采导致陆地水储量的大幅增加；某种程度水储量大量增加的美国阿拉斯加、南美的巴塔哥尼亚等则是由于气候变化导致的大规模冰川融化；而在冈比亚、尼日尔、南非、印度中部、中国青藏高原北部以及长江中下游地区都找到了显著的陆地水储量的快速增长。大陆冰架于是以以每年4000亿吨的速度消失。

图片来源：NASA该研究的作者之一，清华大学水利水电工程系龙笛研究员告诉他中外对话，水储量的增加有大自然和人为因素，但水储量的减少目前基本上都是大自然原因导致的。他指出，通过人为介入，例如提升农业用水效率，增大地下水开采等措施，可以减少水储量亏损的速率，也可以构建水储量的完全恢复和水资源可持续利用。龙笛回应，“精确地评估淡水供应量的变化对于预测区域的粮食供应、人类及生态系统的身体健康、能源生产和社会发展至关重要”。GRACE“眼中”的中国水资源水资源的可持续管理是全球极为棘手的环境挑战。

在中国范围内，除了华北平原之外，新疆天山和西南河流源区的水储量上升也非常明显。龙笛讲解说道，西北和西南地区的水储量上升主要是由于气温下降导致高山冰川和永久性积雪的融化。

冰雪一方面以升华的形式转入大气，另一方面构成冰雪融水之后转入土壤，又以蒸弥漫的形式返回大气。除此之外，冰雪融水径流南流河道，被用作农业灌溉、生活供水等。这些变化伴随着，随着气候变化的影响，受限的水资源将日益显得更为贵重。

但龙笛指出，水储量的变化并非不可逆。气候波动和变化不会在造成一些地方水储量亏损的同时，另一些地方的水储量不会减少。

通过水利工程的调蓄，如修建水库和横跨流域调水，可以使水资源获得“人为再行分配”和合理利用。当然，必须尽量增大水利工程对生态环境的负面影响，并充分发挥和最大化水利工程在维系生态环境方面的大力起到。今年5月22日，分担GRACE卫星先前任务的GRACE Follow On卫星从美国飞向太空，接任2017年10月除役的两颗卫星，打开重力卫星监测地球水资源的新篇章。

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