編譯 之涵

水與我們面臨的每一個全球性風險都息息相關(guān)。世界經(jīng)濟論壇宣稱，在過去的7年中，水危機已經(jīng)成為全球五大風險之一。造成這種擔憂的原因是各種環(huán)境、社會和經(jīng)濟風險（從生物多樣性喪失、生態(tài)系統(tǒng)崩潰到糧食危機，從城市規(guī)劃失敗到能源價格沖擊）都和水唇齒相依。緩解與水有關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)風險需要對淡水資源進行可靠的核算，第一步是要了解地球的淡水蘊藏于何處。在2018年《科學》雜志中，艾倫（Allen）和帕維爾斯基（Pavelsky）利用衛(wèi)星觀測結(jié)果改進了對全球河流表面積的估算，從而朝著這個方向邁出了重要一步。

生物圈中的大多數(shù)淡水以極地冰、冰川、永久雪和地下水的形式存在；液態(tài)地表水僅占淡水總量的0.3%左右。這一小部分水不成比例地集中在湖泊和濕地，這些湖泊和濕地的水量約為河流的50倍。盡管如此，河流和溪流對區(qū)域生物多樣性仍然做出了重大貢獻。

現(xiàn)場測量表明，與先前認為的情況相比，活水系統(tǒng)也是更大的甲烷和二氧化碳排放源。長期以來，人們認為河流主要是連接陸地和海洋有機物質(zhì)的通道，這一觀測結(jié)果對此提出了挑戰(zhàn)。因此，除了它們在支持生物多樣性組合方面的作用外，流動水域可能也是碳儲存的重要場所，也是全球生物地球化學循環(huán)的重要組成部分。

奴河由加拿大東北部的眾多河流匯合而成，流入該國西北地區(qū)

為了擴大現(xiàn)場測量范圍，以評估河流對生物多樣性或氣體通量的全球貢獻，科學家不僅必須應(yīng)對其變化，而且還要精確估算水的表面積。艾倫和帕維爾斯基以一種新穎的方式解決了這個問題。他們利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)和統(tǒng)計工具組合，確定出全球河流的表面積比此前的數(shù)據(jù)多29%至59%。在過去，對全球河流表面積的估算依賴于分支網(wǎng)絡(luò)或流量演算算法的統(tǒng)計特性，而不是直接觀察。艾倫和帕維爾斯基使用陸地衛(wèi)星圖像創(chuàng)建出水平的河流形狀，并在美國和加拿大各地用現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)驗證了他們的河寬估計值。

這項工作之所以重要，至少有三個原因。首先，使用的分辨率適用于全球各地的河流系統(tǒng)模型，并可估算溫室氣體排放等生物地球化學通量。其次，它與生物多樣性相關(guān)，在生物多樣性高度發(fā)達的地區(qū)，如美國、新西蘭和東南亞大部分地區(qū)，河流的表面積被低估了。第三，使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)可以更準確地估算出一些有特殊地貌的地方的表面積。河流網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常會對人類活動做出反應(yīng)而收縮或擴張。在高度發(fā)達的地區(qū)，河道可能會被用于排水，流量可能會增加或重新分配，這些都會對它們的表面積產(chǎn)生影響。以前的方法沒有將這種可能性考慮在內(nèi)，這是一個重大疏漏。

利用遙感技術(shù)來量化淡水的分布和時間變異性正成為一個充滿活力的研究領(lǐng)域，科學家理解全球水循環(huán)變化的能力將隨著遙感技術(shù)中空間分辨率和時間分辨率的不斷提高而進一步提升。在驗證過程中，艾倫和帕維爾斯基發(fā)現(xiàn)，采用具有30米分辨率的陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)估算出來的河流寬度對于寬度超過90米的河流來說是準確和完整的。不久的未來，還可以為寬度僅為5米的溪流繪制地圖。

今后的制圖工作還應(yīng)側(cè)重于提高觀測數(shù)據(jù)的時間分辨率。歐洲航天局（ESA）的哨兵二號衛(wèi)星目前正每隔5天收集一次10米分辨率的觀測數(shù)據(jù)，捕捉小型水體的時間動態(tài)。

艾倫和帕維爾斯基所做的工作可能會帶動更深入的研究，這些研究可利用免費獲得的數(shù)據(jù)來改進對全球被淹沒的濕地和溪流表面積的估算，并更好地了解這些地區(qū)如何隨著時間的推移而發(fā)生變化。這有助于在區(qū)域和全球生態(tài)模型、地球系統(tǒng)模型方面取得重大進展。

未來，與水相關(guān)的風險依然存在。不過，得益于遙感技術(shù)，對全球淡水分布和趨勢的估算將會日益精確。這些數(shù)據(jù)可以使淡水科學家和管理人員受益，從而為全球水循環(huán)的研究和可持續(xù)管理開辟新的途徑。

資料來源 Science