Оценка антропогенного суммарного испарения с помощью спутников GRACE в водосборном бассейне озера Байкал

Эвапотранспирация является неотъемлемой частью исследований земной системы, однако ее трудно измерить в региональном масштабе. Одним из методов оценки является водный баланс суши, т. е. общее количество осадков минус сумма суммарного испарения и чистого стока, равная изменению запасов воды. Спутниковые наблюдения за гравитационным восстановлением и климатом (GRACE) в настоящее время позволяют закрыть это уравнение, предоставляя информацию об изменениях в запасах воды на земле. Основная цель этого исследования – оценка суммарного испарения, вызванного деятельностью человека (HET), с использованием модели водного баланса и процессов взаимодействия растительности на основе дистанционного зондирования (VIP-RS). Мы сравниваем оценки ET по модели VIP-RS с результатами эксперимента по гравитационному восстановлению и климату, а также с оценками, полученными с помощью спутниковых спектрорадиометров среднего разрешения в интенсивно управляемом бассейне о. Байкал. Значение ET, основанное на GRACE (0,534–133,570 мм/год), значительно выше, чем значение ET, основанное на VIP-RS ET (0–94,319 мм/год), хорошо согласуется с существующими оценками, приведенными в литературе, и указывает на то, что деятельность человека способствует увеличению ET. Оцененная неопределенность месячных осадков, стока, наземных запасов воды на основе GRACE, ET-GRACE и VIP-RS составляет 1,56, 0,04, 1,3, 0,89 и 0,8 км³ в месяц за один месяц соответственно. Эти различия могут быть использованы в качестве показателя воздействия управления водными ресурсами на ЕТ. Мы утверждаем, что спутниковые наблюдения за погодой должны давать более высокие сезонные амплитуды в бассейне озера из-за воздействия антропогенной деятельности. На сегодняшний день в существующей литературе по бассейну о. Байкал нет данных о подобных исследованиях. Таким образом, принятые подходы к HET и его результат будут рассматриваться как новый и честный вклад в развитие бассейна о. Байкал.

1. Castle S.L., Reager J.T., Thomas B.F., Purdy A.J., Min-Hui Lo, Famiglietti J.S. [et. al.] Remote Detection of Water Management Impacts On Evapotranspiration in The Colorado River Basin // Geophysical Research Letters. 2016. Vol. 43. Iss. 10. P. 5089–5097. https://doi.org/10.1002/2016GL068675.

2. Cleugh H.A., Leuning R., Qiaozhen Mu, Running S.W. Regional Evaporation Estimates from Flux Tower and MODIS Satellite Data // Remote Sensing of Environment. 2007. Vol. 106. Iss. 3. P. 285–304. https://doi.org/10.1016/j.rse.2006.07.007.

3. Zhang Ke, Kimball J.S., Nemani R.R., Running S.W. A Continuous Satellite-Derived Global Record of Land Surface Evapotranspiration from 1983 To 2006 // Water Resources Research. 2010. Vol. 46. Iss. 9. P. 1–21. https://doi.org/10.1029/2009WR008800.

4. Yun Pan, Chong Zhang, Huili Gong, Pat J.-F. Yeh, Yanjun Shen, Ying Guo [et al.] Detection of Human-Induced Evapotranspiration Using GRACE Satellite Observations in The Haihe River Basin of China // Geophysical Research Letters. 2017. Vol. 44. Iss. 1. P. 190–199. https://doi.org/10.1002/2016GL071287.

5. Yoshe A.K. Estimation of Change in Terrestrial Water Storage for Abbay River Basin, Ethiopia // Hydrology Research. 2023. Vol. 54. Iss. 11. P. 1451–1475. https://doi.org/10.2166/nh.2023.119.

6. Yoshe A.K. Assessment of Anthropogenic and Climate-Driven Water Storage Variations Over Water-Stressed River Basins of Ethiopia // Hydrology Research. 2024. Vol. 55. Iss. 3. P. 351–379. https://doi.org/10.2166/nh.2024.169.

7. Yoshe A.K. Water Availability Identification from GRACE Dataset and GLDAS Hydrological Model Over Data-Scarce River Basins of Ethiopia // Hydrological Sciences Journal. 2024. Vol. 69. Iss. 6. P. 721–745. https://doi.org/10.1080/02626667.2024.2333852.

8. Jianzhu Li, Xueyang Liu, Fulong Chen Evaluation of Nonstationarity in Annual Maximum Flood Series and The Associations with Large-Scale Climate Patterns and Human Activities // Water Resources Management. 2015. Vol. 29. Iss. 5. P. 1653–1668. https://doi.org/10.1007/s11269-014-0900-z.

9. Bin Guo, Yaning Chen, Yanjun Shen, Weihong Li, Chengben Wu Spatially Explicit Estimation of Domestic Water Use in The Arid Region of Northwestern China: 1985–2009 // Hydrological Sciences Journal. 2013. Vol. 58. Iss. 1. P. 162–176. https://doi.org/10.1080/02626667.2012.745081.

10. Khandu, Ehsan Forootan, Schumacher M., Awange J.L., Schmied H.M. Exploring The Influence of Precipitation Extremes and Human Water Use On Total Water Storage (TWS) Changes in The Ganges-Brahmaputra-Meghna River Basin // Water Resources Research. 2016. Vol. 52. Iss. 3. P. 2240–2258. https://doi.org/10.1002/2015WR018113.

11. Anderson R.G., Lo M.-H., Swenson S., Famiglietti J.S., Tang Q., Skaggs T.H. [et al.] Using Satellite-Based Estimates of Evapotranspiration and Groundwater Changes to Determine Anthropogenic Water Fluxes in Land Surface Models // Geoscientific Model Development. 2015. Vol. 8. Iss. 10. P. 3021–3031. https://doi.org/10.5194/gmd-8-3021-2015.

12. Tapley B.D., Bettadpur S., Ries J.C., Thompson P.F., Watkins M.M. GRACE Measurements of Mass Variability in The Earth System / Science 2004 Vol. 305. Iss. 5683. P. 503–505. https://doi.org/10.1126/science.1099192.

13. Rodell M., Famiglietti J.S. Detectability of Variations in Continental Water Storage from Satellite Observations of the Time Dependent Gravity Field // Water Resources Research. 1999. Vol. 35. Iss. 9. P. 2705– 2723. https://doi.org/10.1029/1999WR900141.

14. Hampton S.E., Izmest’eva L.R., Moore M.V., Katz S.L., Dennis B., Silow E.A. Sixty Years of Environmental Change in The World’s Largest Freshwater Lake – Lake Baikal, Siberia // Global Change Biology. 2008. Vol. 14. Iss. 8. P. 1947–1958. https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01616.x.

15. Batsuren Dorjsuren, Denghua Yan, Hao Wang, Sonomdagva Chonokhuu, Altanbold Enkhbold, Xu Yiran [et al.] Observed Trends of Climate and River Discharge in Mongolia’s Selenga Sub-Basin of the Lake Baikal Basin // Water. 2018. Vol. 10. Iss. 10. P. 1–18. https://doi.org/10.3390/w10101436.

16. Swenson S., Wahr J. Estimating Large-Scale Precipitation Minus Evapotranspiration from GRACE Satellite Gravity Measurements // Journal of Hydrometeorology. 2006. Vol. 7. Iss. 2. P. 252–270. https://doi.org/10.1175/JHM478.1.

17. Hao Chen, Wanchang Zhang, Shalamzari M.J. Remote Detection of Human-Induced Evapotranspiration in A Regional System Experiencing Increased Anthropogenic Demands and Extreme Climatic Variability // International Journal of Remote Sensing 2019. Vol. 40. Iss. 5-6. P. 1887–1908. https://doi.org/10.1080/01431161.2018.1523590.

18. Fanchong Meng, Fengge Su, Ying Li, Kai Tong Changes in Terrestrial Water Storage During 2003–2014 And Possible Causes in Tibetan Plateau // JGR Atmospheres. 2019. Vol. 124. Iss. 6. P. 2909–2931. https://doi.org/10.1029/2018JD029552.

19. Mo X., Liu S., Lin Z., Wang S., Hu S. Trends in Land Surface Evapotranspiration Across China with Remotely Sensed NDVI and Climatological Data for 1981–2010 // Hydrological Sciences Journal. 2015. Vol. 60. Iss. 12. P. 2163–2177. https://doi.org/10.1080/02626667.2014.950579.

20. Jung M., Reichstein M., Ciais P., Seneviratne S.I., Sheffield J., Goulden M.L. [et al.] Recent Decline in The Global Land Evapotranspiration Trend Due to Limited Moisture Supply // Nature. 2010. Vol. 467. P. 951–954. https://doi.org/10.1038/nature09396.

21. Shuang Yi, Chunqiao Song, Qiuyu Wang, Linsong Wang, Kosuke Heki, Wenke Sun The Potential of GRACE Gravimetry to Detect the Heavy Rainfall-Induced Impoundment of a Small Reservoir in the Upper Yellow River / Water Resources Research 2017 Vol. 53. Iss. 8. P. 6562–6578. https://doi.org/10.1002/2017WR020793.