湖泊是陆地水圈的重要组成部分，是维持区域乃至全球生态平衡的水资源重要载体。在垂直方向上，湖泊的热力结构一般划分为混合层、温跃层和均温层。这种热分层结构直接影响溶解氧垂直分布、营养盐内源释放以及浮游生物迁移过程，是湖泊物理、化学和生物要素耦合作用的核心调控机制。然而，全球湖泊热结构变化系统观测缺乏，其长期变化趋势及主要驱动机制尚不明确，特别是针对温跃层结构属性的演变规律，仍亟待开展全面、深入的评估研究。

    针对这一科学问题，中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全全国重点实验室张运林研究员团队，系统收集了全球六大洲464个湖泊超过13000条夏季水温剖面数据。分析发现，在过去四十年间，全球湖泊混合层深度平均减少了13%，相当于每十年下降约0.3米；同期温跃层厚度则平均增加了10%，每十年增厚约0.2米（图1）。这一变化反映出湖泊热分层强度显著增强，垂向水交换能力减弱。

    混合层变浅会限制氧气向深水区的输送，导致底层水体溶解氧下降，甚至形成缺氧甚至厌氧环境，威胁鱼类和底栖生物的生存；同时也有助于蓝藻等浮游植物聚集与增殖，增加有害藻华发生的风险，对饮用水安全构成潜在威胁。此外，热分层结构的改变还可能引起生态系统功能紊乱，具体表现为鱼类适生区压缩、浮游动物垂直迁移受限，并对整体生物多样性产生深远影响。

图1. 全球湖泊混合层深度（a，c）和温跃层厚度（b，d）的长期变化趋势

    分析表明，上述湖泊热结构的变化主要受气候变暖、水体透明度下降以及辐射平衡改变的驱动。具体而言，气温上升及向下长波辐射增强导致湖泊表层吸收更多热量，加剧表层水温升高（图2）；同时，水体透明度降低，下行光合有效辐射衰减增加，强化了表层的加热效应。此外，风速下降也减弱了湖泊的垂向混合，进一步增强了湖泊热力分层。

图2. 湖泊混合层深度和温跃层厚度变化驱动力分析

    未来情景预估结果表明，至本世纪末，在不同共享社会经济路径（SSP）下，湖泊混合层深度预计将进一步减小6%–10%，温跃层厚度则增加2%–23%（图3）。研究进一步指出，在低碳排放情景（如SSP1-2.6）下，混合层浅化趋势将显著减缓。此外，通过提升水体透明度、减少泥沙及污染物输入等措施，也可一定程度上缓解湖泊热分层的加剧过程。

图3. 未来不同气候和透明度情景对应的上混合层和温跃层厚度变化趋势。（a，c）为固定透明度情景模拟；（b，d）为变化透明度情景模拟。

    本研究在全球尺度上系统揭示了湖泊混合层的长期变化规律，填补了全球变化背景下湖泊物理结构响应研究中的关键空白。研究成果不仅阐明了气候变暖与水体透明度变化对湖泊热分层结构的驱动作用，也为预测未来湖泊生态系统的稳定性演变提供了科学依据。该发现对湖泊水质管理、渔业可持续利用及淡水生态健康维护具有重要的实践指导价值。未来需进一步融合多源观测数据与模型模拟，发展高精度气候-湖泊响应模型，并提出有针对性的减缓措施，从而为全球水生态系统的适应性与治理提供有效决策支持。

    上述研究成果近期发表在《科学通报》Science Bulletin上。

    文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.08.011