气候变暖背景下，冰川加速消融驱动了冰碛坝湖和冰坝湖在世界范围内的广泛发育。冰湖的快速扩张不仅改变了区域水储量，其潜在的冰湖溃决洪水（GLOFs）也对下游生命财产和基础设施构成严峻威胁。因此，在全球尺度上精确摸清冰湖的空间分布“家底”，并对其水位变化开展动态监测，是灾害预警和水资源评估的重要先决条件。

    近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所宋春桥研究员团队联合四川师范大学等科研机构，在冰冻圈冰湖监测领域取得进展。团队在《Scientific Data》上发布了高精度的全球冰湖空间分布数据集，随后在《Geophysical Research Letters》上发表了关于新型测高卫星SWOT监测冰湖水位的冰雪穿透效应初探成果。这两项相辅相成的工作，为构建“空间底座+动态监测”的全球冰湖研究提供数据基础和遥感机理的科学理解。

    一、构建全球高精度冰湖空间清单

    目前，由于不同研究使用的数据源、提取方法及阈值标准不统一，全球冰湖数据的跨区域整合与比对面临巨大挑战。为了提供一个精准的“空间底座”，研究团队采用半自动化遥感提取结合严格的人工质量控制，系统盘点了全球（不包含南极和格陵兰冰盖区域）面积在0.01 km²及以上的冰川湖泊。研究显示，过去30年期间全球共分布有117352 个冰湖，总面积达24755.84 km²（图1）。这些冰湖广泛分布于“第三极”高山区到低海拔的沿海地区，其中格陵兰周边、高山亚洲、阿拉斯加、加拿大以及科迪勒拉山系是冰湖分布的显著热点区域。在规模特征上，面积介于0.01至0.10 km² 之间的小型微型冰湖在数量上占据绝对优势（占总数的77.24%），但其面积仅占总量的11.82%。团队还将冰湖细分为四类，发现“冰川非接触型湖泊”（IUL）在全球范围内占据主导地位，其数量占比达67.07%，面积占比达53.04%。该空间编目清单填补了全球时空一致的小微型冰川湖泊空间数据集的空白。

图1.全球不同冰川区四类冰川湖的空间分布及其数量和面积比例。NGFL、IUL、ICL 和 SGL 分别代表非冰川补给湖、非冰接触冰前湖、冰接触冰前湖和冰面湖。

    二、SWOT与ICESat-2观测冰湖水位差异呈现明显的纬度地带性

    研究团队基于2023年11月至2024年10月一整年的SWOT和 ICESat-2准同步观测数据，对全球3287个面积大于1 km²的冰湖，将ICESat-2 ATL06数据与SWOT L2_HR_Raster_D数据进行时间匹配（优先采用同日观测，无同日观测时取±3天窗口内的SWOT均值），最终筛选出冷、暖季均存在有效匹配观测的全球分布260个冰湖（图2），覆盖格陵兰、北极群岛、高山亚洲、安第斯山区等全球9个高纬度与高海拔典型冰冻圈区域。

    图2. 全球3287个冰湖（>1 km²）的空间分布。(a) 24个研究区划分，(c–f) 重点区域局部放大；(b) 各研究区冰湖数量统计。

    结果显示，SWOT与ICESat-2的年均水位差（SWOT减ICESat-2）为–0.25±0.18 m，且呈现清晰的纬度地带性（图3）。负差异最显著的5个区域均集中于高纬北极，分别为格陵兰东北部（–0.35 m）、格陵兰西北部（–0.31 m）、俄罗斯西北北极（–0.27 m）、格陵兰西南部（–0.27 m）以及格陵兰中西部（–0.24 m）。北半球差异随纬度升高系统性增大，从中纬度（50°–60°N）的–0.14 m递增至高纬度（70°–80°N）的–0.30 m，南半球安第斯山区差异仅为–0.08 m，分布更为集中。这一空间格局反映出不同区域积雪累积量与冰盖发育条件可能对雷达信号响应深度产生差异性调制作用。

图3. SWOT与ICESat-2年均水位差的全球分布。(a) 全球空间分布，(d–f) 重点区域局部放大；(b) 不同纬度带（B1: 80°–70°N；B2: 70°–60°N；B3: 60°–50°N；B4: 40°–60°S）平均差异；(c) 各研究区差异箱线图统计。

    三、冷季水位观测差异较暖季增大一倍以上

    冷暖两季对比表明（图4），暖季全球平均水位差为–0.15 m（个体湖泊范围 –0.72至0.06 m），冷季则放大至–0.34 m（–0.94至0.02 m），且这种放大在高纬地区最为突出。月尺度分析进一步揭示出南北半球的非对称模式，北半球冷季月均差异峰值出现在12月，达–0.43 m，南半球则在7月达到月均峰值–0.16 m。对30个具有4个月以上冷季观测的高频湖泊子集分析显示，最大水位差出现的月份呈现较为清晰的纬度迁移特征，高纬湖泊峰值多出现在冷季早期（11–12月），低纬湖泊则推迟至冷季中后期。

图4. SWOT与ICESat-2水位差的季节性空间分布。(a) 冷季平均差异，(b) 暖季平均差异；(c) 冷季与暖季差值. 冷季定义为北半球11月–次年4月、南半球5月–10月。

    研究团队进一步选取冷季有效匹配观测次数较多的8个典型冰湖开展时序案例分析，结果显示，6–9月暖季SWOT与ICESat-2观测的冰湖水位高度吻合，系统偏差极小，进入12月–次年2月冷季后，二者差异迅速增大并稳定持续，最大可达–0.97 m。这种与冷季雪/冰盖形成和加厚同步出现的水位差变化，从湖泊尺度上支持了差异主要源于雪/冰盖响应的推断。

    研究表明，冷季观测差异并不能简单等同于SWOT对水位的低估，而是源于两类传感器遥感物理机制的差异响应。ICESat-2的532 nm绿激光在雪/冰条件下反射自雪面顶部，相当于“表面反射”，而SWOT的Ka波段雷达可穿透雪盖并可能与下伏湖冰、内部结构等更深层界面发生散射相互作用，所获测距值反映的是更深层的散射界面位置。雪盖和冰层的物理属性会调制雷达的有效穿透深度，极端降雪和强风条件下差异可能进一步增大，这也解释了高纬地区冷季观测中较大的四分位距与异常值。直接融合SWOT与ICESat-2时序数据用于冰冻圈水体监测，会引入不可忽视的冷季系统性偏差，北极地区尤甚。本研究量化的季节性、区域性差异规律，可为两套数据的协同应用提供经验参考，支撑冰湖水位跨冰冻期长时序记录的构建，拓展SWOT在冰湖监测中的应用时间窗口。受限于一年期观测，相关规律仍有待更长时序数据检验和完善。

    研究成果近期发表在Nature出版集团综合数据期刊《科学数据》（Scientific Data）与国际地球科学领域权威期刊《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）上。

    文章信息：

    Song, C.*, Fan, C., Ma, J., Zhan, P., & Deng, X. (2025). A spatially constrained remote sensing-based inventory of glacial lakes worldwide. Scientific Data, 12(1), 464.

    Luo, S., Song, C.*, Zhan, P., Li, J., & Peng, L. (2026). A first look at the snow/ice penetration effect of SWOT observations on water level of global glacial lakes. Geophysical Research Letters, 53, e2026GL122624.

    论文链接：

    https://doi.org/10.1038/s41597-025-04809-z  

    https://doi.org/10.1029/2026GL122624