陆地水循环对全球气候系统、生态环境维持和生物地球化学过程至关重要。作为敏感指示气候变化和人类活动干扰的关键变量，陆地水储量（Terrestrial Water Storage, TWS）的季节性变化日益受到国际科学界的广泛关注。在复杂水文循环系统中，地表水体（尤其是天然湖泊与人工水库）作为重要蓄水容器，在缓冲水资源季节性分配、调节径流和抵御旱涝风险方面发挥着不可或缺的作用。它们通过在丰水期拦蓄洪水、在枯水期释放水资源，极大程度上保障了农业灌溉和人类生活供水，并维持了生态系统稳定。尽管其重要性已逐渐得到认可，当前全球范围内湖泊与水库季节性调蓄陆地水储量的时空规律、贡献比例及运作机制一直缺乏定量刻画，成为当前全球变化水文学领域亟待突破的关键科学问题。

    针对该问题，中国科学院南京地理与湖泊研究所宋春桥研究员团队构建了一套融合多源遥感观测与水文模拟的估算框架，首次在全球尺度下量化了天然湖泊与人工水库对陆地水储量的季节性缓冲与调节作用。研究整合了2019–2023年间重力场观测卫星GRACE-FO、激光测高卫星ICESat-2以及全球地表水淹没频率数据集GLAD，发展了周期性水位时序拟合算法，测算了全球78,001个湖泊和6,641座水库（>1 km²，覆盖全球湖库总水量>90%）的水位与水量季节性变化，并对全球140多万个湖库的季节性调蓄能力进行了统计外推估算。

    研究结果揭示了全球水库在改变天然湖泊调节地表水储量空间格局上的巨大重塑能力。在全球尺度上，湖泊与水库共同缓冲调节了陆地水储量TWS季节性变化的10.9%（约2,798±304 km³的总水量）（图1）。这种湖库季节性调节作用在北半球尤为显著，其流域平均调节比例高达16%至27%，其中北美五大湖区和加拿大湖泊群使北美洲整体缓冲能力达到了27.3%。

图1. 全球湖库水位季节性变化分布图与流域尺度湖库对陆地水储量的季节调节贡献。（a）基于卫星观测的湖泊与水库水位季节性变化（SWL, m）；（b, c）不同大小的湖泊与水库水位变化幅度统计；（d）湖泊与水库对陆地水储量（TWS）季节性变化的调节贡献百分比。

    在季节性调节贡献中，仅占全球湖库水域总面积17.4%的人工水库，贡献了动态调蓄能力的48.5%。在流域尺度上，两者各自主导区呈现显著的空间分布差异：天然湖泊主导的流域多集中在高纬度或湿润的自然地理带（如北美极地、西伯利亚及东非部分地区）；而水库主导的流域则高度集中于干旱、半干旱以及人口密集的中低纬度地区（如美国科罗拉多河、印度半岛和湄公河流域），这些区域中有39个流域对水库调度依赖程度甚至超过了流域地表总调蓄能力的80%。

    在时间维度上，天然湖泊与人工水库展现出了截然不同的季节性水位相位与调控轨迹（图2）。研究发现，天然湖泊主要发挥“顺势而为”的自然缓冲作用，全球超过62.8%（按面积计）的湖泊流域，其水量季节性变化与流域陆地水储量的波动保持总体同步（相位差不超过两月），表现为典型的自然水文周期特征。然而，在人为干预下，人工水库的水量季节性变化轨迹则呈现出显著的逆自然周期特征。

    在全球118个主要大型流域中，多达62个流域（占比53%）的季节性水文节律已被水库的工程调度显著改变。以东亚季风区特征最为典型的长江流域为例，在自然状态下，夏季丰水期的集中降水使流域陆地水储量达到最高峰；但为有效削减夏季洪峰，长江流域梯级水库群在主汛期主动腾出大量库容防洪，而在秋季（9–11月）才开始集中蓄水，导致水库水量的峰值月份与流域TWS季节性节律呈现出显著错位甚至完全反相位的特征。这种对水文周期的时间错位调控，深刻体现了人类防洪抗旱等风险管理目标对地球水循环的强力重塑。

图2. 湖泊与水库季节性水量变化的时序特征及其对陆地水储量的调节关系。(a), (b), (c) 分别展示了陆地水储量（TWS）峰值与湖泊水量、水库水量以及湖库总水量峰值之间的相位偏移；(d) 主要大型流域中，湖泊、水库及湖库总和的月度水量变化与陆地水储量的关系。

    进一步归因分析揭示了导致全球水库调蓄能力异质性增强的潜在社会经济与人为驱动机制。结果显示，水库在调蓄陆地水资源中主导地位的提升，与各流域的电力能源消耗、洪水发生频率、农业灌溉面积以及人口聚集密度存在高度的正相关（图3）。

    在全球不同大洲，人类重塑水资源的驱动目标展现出强烈的地域分异特色：在北美洲和欧洲，水力发电是主导大型水库季节性运行的首要驱动因素，表现为这些区域的水库多出现春夏季达到蓄水峰值以满足能源需求；而在南美洲和大洋洲，应对频繁的极端气候灾害、满足防洪需求则成为水库水量调节的重中之重；对于人口稠密、经济快速发展的亚洲与非洲地区，高强度的农业灌溉、供水、防洪与发电等多重需求，共同促成了这些区域极高的水库主导率。

图3.水库季节性缓冲调蓄能力（RWSsc）的潜在驱动因子流域尺度空间格局。（a）各流域水库调蓄能力占湖库总调蓄能力LRWSsc的比值；（b–d)各流域单元的电力消耗、洪水频率、灌溉面积的分布；（e）不同电力消耗、洪水频率、灌溉面积分组下各流域RWSsc与LRWSsc比值。

    这项研究以多源卫星观测证据，在全球尺度上量化了水库工程设施与天然湖泊在季节性调蓄陆地水储量方面各自的贡献与作用，揭示了人类活动正在从空间分布到时间节律全方位重塑地表水循环过程，为应对未来气候变化加剧下的全球水资源优化配置与风险管理提供了重要科学支撑。

    上述研究成果近期发表在《科学通报》（Science Bulletin）上。中国科学院南京地理与湖泊研究所宋春桥研究员为论文通讯作者，陈探助理研究员为第一作者。

    文章信息：Tan Chen, Sarah W. Cooley, Austin Madson, Linghong Ke, Jida Wang, Yunlin Zhang, Nan Xu, Kai Liu, Fanxuan Zeng, Pengfei Zhan, Chenyu Fan, Chunqiao Song*. (2026). Satellites reveal contrasting seasonal buffering patterns of global lakes and reservoirs. Science Bulletin. 

    论文链接：http://www.doi.org/10.1016/j.scib.2026.06.024