湖泊是支撑全球人口饮水供给与生态服务的核心淡水资源载体。长期以来，全球湖泊水质监测高度依赖野外实地采样与实验室理化分析，人力、设备、运维成本高昂，难以实现大范围、长时序连续观测，监测短板在发展中区域尤为突出。联合国可持续发展目标 SDG 6.3.2明确要求开展全球水体水质常态化评估，但当前超60%联合国成员国缺少完整湖泊水质监测数据集，数据空白集中分布于非洲、亚洲、南美洲。

    传统水质评价依托溶解氧、营养盐、化学需氧量等关键理化指标，多数指标无法通过卫星遥感直接反演。如何依托有限地面观测数据，拓展卫星水质评估至全球尺度，是长期制约全球水环境评估的核心瓶颈。近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所段洪涛研究员团队联合来自中国、意大利、爱沙尼亚、乌干达和巴西等国家的科研团队，开发了全球湖泊水质评估框架GlakeWQ。该框架融合卫星遥感与机器学习，实现了全球湖泊水质的统一、可比评估，并构建了覆盖145个国家、16,409个湖泊的全球湖泊水质数据库。

    针对这一难题，研究团队提出了GlakeWQ框架。该框架利用卫星获取的水体光谱信息，结合机器学习方法，建立卫星观测信息与综合水质等级之间的联系。

    研究团队整合了2019—2022年覆盖全球的约139万景Sentinel-2卫星影像，并结合全球现场水质观测数据，对不同区域湖泊的水质状况进行统一评估。通过这种方式，原本需要逐湖采样的水质评估得以扩展至全球尺度，突破了传统监测在时间、空间和成本方面的限制，也弥补了部分关键水质指标难以直接卫星观测造成的信息缺口。

    基于GlakeWQ数据库，研究团队发现，全球仅有63.3%的湖泊达到良好水质标准，仍有超过三分之一的湖泊存在水质压力。不同地区之间差异显著。欧洲和北美达到良好水质标准的湖泊比例分别为73.1%和80.6%，而亚洲、南美洲和非洲分别仅为41.7%、27.4%和20.3%。这意味着，全球湖泊水质并非只是“好”或“坏”的生态环境问题，更呈现出明显的地理不平等格局。

    研究结果显示，经济发展水平较低的地区往往同时面临更严重的水质压力和更有限的监测能力：一些地方不仅湖泊水质风险更高，也更缺乏及时、连续的水质信息。这种“水质风险更高、信息获取能力却更弱”的双重不平等，进一步增加了淡水安全治理的难度。

    湖泊水质变化直接关系人类淡水安全。研究进一步分析发现，全球约20亿人口生活在淡水湖泊服务范围内，其中57.4%的人口暴露于水质较差湖泊带来的潜在的健康风险。这一风险在发展中国家和最不发达国家更加突出，相关人口暴露比例达到63.7%，约为发达国家（34.7%）的1.8倍。换句话说，湖泊水质不平等正在转化为淡水安全不平等。在一些人口密集的发展中国家和最不发达国家，大量居民依赖湖泊提供饮用水及其他淡水服务，水质下降可能进一步增加饮水安全压力。相比之下，环境治理投入较高、保护措施较完善的发达国家，湖泊水质总体保持较好水平。这一差异也表明，持续的水环境保护和治理对于保障淡水安全具有重要作用。

    GlakeWQ框架为全球湖泊水质监测提供了一种新的技术路径。通过融合卫星遥感、现场观测和机器学习，该框架能够持续追踪大范围湖泊水质变化，识别不同地区的水质风险和淡水安全不平等。

    研究团队表示，这一成果尤其有助于提升低收入和中等收入地区获取水质信息的能力，为联合国SDG水质评估、湖泊保护和水资源管理提供科学支撑。

    这项研究建立了从“局地观测”到“全球感知”的新模式，使全球湖泊水质能够在更加统一、连续和可比的尺度上被评估，也为管理部门识别水质风险区域、优化治理资源配置提供了新的信息基础。当湖泊水质能够被持续看见、被统一比较，水环境治理就有可能从污染发生后的被动修复，进一步转向风险识别和主动防护。

图1 全球湖泊水质状况、人口暴露风险及长期变化趋势：（a）全球湖泊水质状况及各国SDG 6.3.2目标评估结果；（b）不同湖泊水质等级下的人口暴露情况；（c）不同发展水平国家典型湖泊的水质空间格局；（d）典型湖泊水质长期变化趋势及其与经济发展水平的关系。

    相关成果近期发表于《国家科学评论》（National Science Review）。中国科学院南京地理与湖泊研究所沈明博士为论文第一作者，段洪涛研究员为通讯作者。

    文章信息：Ming Shen, Tianci Qi, Juhua Luo, Zhigang Cao, Wei Zhi, Yunlin Zhang, Daniel A Maciel, Tiit Kutser, Anthony Gidudu, Zhe Sun, Steven Loiselle, Hongtao Duan, Satellite mapping exposes global inequities in lake water quality across 145 countries, National Science Review, 2026, nwag445

    论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag445