대기 온난화에 대한 온대 호수의 열 반응 제어

Nature Communications 14권, 기사 번호: 6503(2023) 이 기사 인용

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대기 온난화는 호수를 가열하지만 유역 간의 변동 원인은 잘 알려져 있지 않습니다. 여기에서는 345개 온대 호수의 수온, 영양 상태 및 지역 기후에 대한 수십 년 프로필을 호수 지형 및 유역 특성에 대한 데이터와 결합하여 물(WT)과 공기(AT)의 상대적인 온도 변화 속도 제어를 식별합니다. 여름 동안. 우리는 지역 기후(AT, 풍속, 습도, 조도), 토지 피복(숲, 도시, 농업), 지형(고도, 면적/깊이 비율) 및 물 투명도의 차이가 비율 차이의 >30%를 설명한다는 것을 보여줍니다. 대기와 비교하여 호수 가열의 정도. 중요한 것은 공기가 따뜻해지면 호수 가열 속도가 느려진다는 것입니다(P < 0.001). 특히 높은 고도와 방해받지 않는 저수지에 있는 맑고 차갑고 깊은 호수는 대기 온도 변화에 특히 반응합니다. 우리는 특히 이미 육지 발달이나 부영양화를 경험하고 있는 지역에서, 더 따뜻한 미래에 대기에 비해 지표수의 온난화 속도가 감소할 수 있다고 제안합니다.

기후 변화는 전 세계 호수를 크게 변화시켰으며 생태계와 인류에 대한 현재의 위협을 더욱 악화시킬 것으로 예상됩니다1,2. 호수는 수문학적, 생지화학적, 생태학적 과정의 중심이므로 기후 변화에 대한 호수의 대응에 대한 지식은 생태계 서비스를 관리하고 유지하는 데 필수적입니다3. 특히, 최근 연구에서는 유기체 성장, 생지화학적 순환, 먹이그물 상호작용과 같은 생태계 과정을 조절하는 호수 수온(WT)의 중요한 역할로 인해 대기 온난화에 대한 호수의 패턴과 겉보기 민감도에 중점을 두었습니다2. 물의 높은 비열로 인해 호수 온도는 고주파 기상 변화에 대해 완충되는 경우가 많으며 대신 기후 변동성과 관련된 에너지 플럭스의 장기적인(월별~연간) 변화를 통합합니다4. 그 결과, 기후 온난화에 대응하여 최근 수십 년 동안 얼음 면적, 성층, 표면 온도, 증발 및 수위의 특성이 모두 눈에 띄게 변했습니다2. 또한 상승된 대기 온도(AT)가 시아노박테리아 번성 빈도, 크기 및 지리적 범위와 같은 부영양화 증상을 강화한다는 우려도 커지고 있습니다5,6,7. 따라서 기후 온난화에 대한 호수 수온의 반응을 이해하는 것은 생물적 변화를 예측하고 기후 변동성이 호수 및 관련 생태계에 미치는 영향을 예측하는 데 중요합니다8.

최근 연구에서는 호수 수온의 수십 년 추세를 기록했으며, 이는 대기 온난화에 반응하여 호수 표면 WT가 광범위하게 증가했음을 시사합니다8,9,10,11,12. 예를 들어, Jane et al.9는 온대 지역의 호수 표면 WT가 1980년부터 2017년까지 10년마다 0.39°C 증가한 반면 AT는 같은 기간 동안 10년마다 0.30°C 증가했다고 밝혔습니다. 대기 및 수온 변화 속도의 차이 외에도 개별 호수는 일부 경우 대기 온난화에도 불구하고 전체 호수 냉각을 포함하여 표면 WT 변화의 속도와 크기에 있어서 넓은 범위를 나타냈습니다13. 이러한 발견은 WT가 AT의 증가에 균일하게 반응한다고 가정하기보다는 유역의 열 수지를 제어하는 ​​요인을 설명하는 중요성을 강조합니다.

호수 온난화 속도의 이질성은 호수 WT 추세에 대한 간단한 설명을 방해할 수 있으며 기후, 유역 특성, 호수 지형학 및 현장 영양 조건을 포함하여 가능한 온난화 제어를 고려하는 것의 중요성을 강조합니다. 일반적으로 기후 특성(예: 조도, 습도, 풍속)은 호수와 대기 온난화 속도의 차이를 조절하는 주요 요인이 될 것으로 예상되는 반면, 호수 내 열 재분배를 제어하는 ​​매개변수는 호수 온난화에 이차적인 영향을 미칩니다10 . 실제로 호수 지형(예: 깊이, 물 체류 시간, 고도)15,16,17, 유역 특성(예: 토지 이용)18,19 및 영양 상태(예: 물 투명도)17,20,21의 변화는 에너지가 깊이에 따라 분배되는 방식에 영향을 주어 개별 호수에 대한 기후 영향을 조절합니다. 예를 들어, Woolway et al.16은 춥고 깊은 호수가 AT의 변화에 ​​더 빠르게 반응하는 반면 다른 사람들은 얕은 호수가 공기 온난화에 더 민감하다는 것을 발견했습니다15,22. Rose et al.21은 AT 변화에 대한 호수 WT 반응이 부분적으로 물의 투명도와 호수 깊이의 차이에 따라 현장마다 다양하다는 것을 나타냅니다. 대기 조건에 대한 WT 반응의 이러한 변화는 기후 및 기타 스트레스 요인에 대한 호수의 이질적이고 복잡한 반응을 강조하고 기후 변화로 인한 생태계 손상 위험을 예측하기 어렵게 만듭니다. 또한 현재까지 대부분의 기계론적 추론은 수치 시뮬레이션 실험에서 도출되었으며 여전히 광범위한 호수 관찰을 사용한 검증이 필요합니다. 호수 생태계는 이미 인간이 유발한 수많은 스트레스 요인(예: 부영양화7, 탈산소화9)으로 인해 심각한 위협을 받고 있으므로, 글로벌 기후 변화가 이러한 중요한 생태계에 대한 기존 스트레스 요인의 영향을 어디에서 어떻게 증가시키는지 이해하고22,23 이를 구현하는 것이 중요합니다. 미래 관리 및 보존 전략에 대한 이러한 지식24.