布朗大学 2018年10月至2020年7月按水文流域划分的与水库相关的季节性地表水储量变化比例
深色代表人类管理的水库对地表水储存的较大影响，浅色代表较小影响
美国大陆的水库
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中东、非洲西部和南部、南美洲东部和印度次大陆显示出特别高的影响力
信用:库利等
2021，自然 人类对地球产生了显著的影响，从砍伐森林用于农业和城市化，到用化石燃料改变大气的化学成分
现在，《自然》杂志上的一项新研究首次揭示了人类对全球水循环的影响程度
这项研究利用美国国家航空航天局的冰、云和陆地高程卫星(ICESat-2)收集了全球227，000多个湖泊、池塘和水库有史以来最大的季节性水位数据集
数据显示，尽管人类管理的水库仅占所有水体的一小部分，但它们占全球季节性蓄水变化总量的57%
斯坦福大学的博士后研究员萨拉·库利在布朗大学读研究生时发起了这项研究项目，她说:“我们倾向于把水循环看作是一个纯粹的自然系统:雨水和融雪流入河流，然后流向海洋，在那里蒸发又开始了整个循环。”
“但人类实际上在这个周期中进行了大量干预
我们的工作表明，人类是地球上大部分季节性地表水储存变化的原因
" 库利和布朗大学环境科学教授劳伦斯·史密斯以及布朗大学环境与社会研究所博士后约翰尼·瑞安一起领导了这项工作
研究人员说，随着气候变化和人口增长给淡水资源带来新的压力，这项研究为跟踪全球水文循环提供了一个重要的基线
非同寻常的数据集 冰卫星2号于2018年发射进入轨道，其主要任务是跟踪全球冰盖厚度和高度的变化
它是通过激光测高仪来实现的，激光测高仪使用光脉冲来测量25毫米精度的高度
库利有使用卫星研究北极湖泊水位的经验，他对将卫星的精确测量能力应用于全球湖泊水位感兴趣
库利说，ICESat-2的激光高度计比过去用来测量水位的仪器具有更高的分辨率
这使得收集包括小池塘和水库在内的大型精确数据集成为可能
库利说:“用旧的卫星，你必须在大范围内对结果进行平均，这将观测局限于世界上最大的湖泊。”
“冰卫星的足迹很小，所以我们可以得到以前无法接近的小湖的水位
这对理解全球水动力学很重要，因为大多数湖泊和水库都很小
" 从2018年10月到2020年7月，卫星测量了227，386个水体的水位，范围从美国五大湖到面积不到十分之一平方英里的池塘
在一年的不同时间观察每个水体，以跟踪水位的变化
研究人员将他们观察到的水体与世界范围内的水库数据库进行交叉比对，以确定哪些水体是人类控制的，哪些是自然的
而像美国这样的国家
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加拿大测量水库水位并公开这些信息，但许多国家并不公布这些数据
很少有非水库湖泊和池塘被测量
因此，研究人员说，没有精确的卫星观测，就没有办法进行这种分析
霸占水循环 研究发现，尽管天然湖泊和池塘的季节性变化平均为
22米，人类管理的水库因
86米
综上所述，与天然湖泊相比，水库的变化要大得多，这意味着水库占总变化的57%
然而，在某些地方，人类的影响甚至比这更大
例如，在中东、美国西部、印度和南部非洲等干旱地区，由于人类控制造成的变异性高达90%以上
史密斯说:“在地球上淡水体的所有体积变化中——所有推动湖泊水位上升和下降的洪水、干旱和融雪——人类占据了几乎60%的可变性。”
“这对水循环有着巨大的影响
就人类对地球的影响而言，这是对土地覆盖和大气化学的影响
" 研究人员说，作为人类对水循环影响的首次全球量化，这些结果将为未来研究这些影响如何影响全球生态系统提供一个重要的基线
在最近发表在《地球物理研究快报》上的另一项研究中，研究小组能够利用冰卫星2号的数据揭示水库水是如何被利用的
研究表明，在中东等地，水库水位在夏季往往较低，而在冬季较高
这表明水在旱季被释放出来用于灌溉和饮用水
相比之下，斯堪的纳维亚半岛等地的趋势正好相反
在那里，水在冬天被释放出来，用于水力发电取暖
“这是一个探索性的分析，看看我们能否利用遥感来了解全球范围内水库的使用情况，”瑞安说
史密斯说，他预计卫星将在地球水循环研究中发挥越来越大的作用
在过去的几年里，他一直与美国国家航空航天局合作进行地表水和海洋地形任务，该任务将完全致力于此类研究
史密斯说:“我认为在未来三年内，我们将会看到高质量卫星水文数据的爆炸，我们将会对地球上的水有更好的了解。”
“这将对安全、跨境水资源协议、农作物期货预测等产生影响
我们正处于对地球水文的新认识的边缘
"
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