更精确地监测地下水的变化

- 编辑:大众自然网 -

更精确地监测地下水的变化

一种新的方法可以帮助更好地跟踪地下水的变化。为此,来自波茨坦和美国俄亥俄州奥柏林的研究人员将GRACE和GRACE- follow卫星任务中的重力场数据与其他测量方法进行了比较。他们调查了亚洲近250个流域的季节性储水情况,这些流域的水资源状况主要是由季风造成的。结果允许大规模GRACE数据被缩小到更小的区域。研究人员在《地球和行星科学快报》上报告了这一情况。

地下水储存的知识对农业和许多地区的饮用水供应都是至关重要的。这些水库由降水和渗水补充,反过来为河流和湖泊提供水源,并使河流在旱季流动。然而,测量是困难的,因为很难观察到地球,所以人们只能依靠点值——通过钻孔和水井——或者依靠降水和径流数据的计算。

自2002年以来,出现了另一种测量地下水变化的方法:通过GRACE卫星任务(从2002年到2017年)和GRACE- follow On(从2018年),可以根据地球重力场信号来确定地球内部和地球上的水量变化。但这种方法也有缺点。首先,由GRACE-FO卫星测量的质量变化并没有说明质量所处的深度:湖泊表面是空的吗?河流水位下降了吗?还是水从深层排出?其次,GRACE-FO卫星提供几万平方公里的较大区域的数据。目前还无法更精确地解析重力场数据。

在一项新的研究中,来自俄亥俄州奥柏林学院的Amanda H. Schmidt和来自德国地球科学研究中心的研究人员展示了如何巧妙地结合不同的方法来获得可靠的地下水数据,即使是小流域。他们研究了亚洲近250个流域的季风降雨数据和季节性蓄水。每个区域的面积从1000平方公里到100万平方公里不等。这项研究几乎覆盖了整个亚洲。

地球上的水平衡有三个主要变量:降水、地表径流和蒸发。这些差异进入或流出不同的水库,如地下水。持续降水后的河流测站时间序列(水文图)呈现典型的下降曲线(所谓的衰退曲线),反映了水库的排空情况。从这些曲线可以估算出地下水的波动。另一种方法是通过径流的时延来比较降水和径流值;临时的中间存储器导致所谓的P-Q迟滞。P为降水,Q为径流。磁滞回线的面积或大小可用作中间存储器的量度。

《地球与行星科学快报》(Earth and Planetary Science Letters)的研究现在表明,P-Q迟滞现象与GRACE任务的重力场数据有很强的相关性。根据这项研究,两者都能很好地反映地下水的季节性变化。因此,这意味着降水和径流数据以及GRACE重力场数据的组合也可以用于记录面积约为1000平方公里的集水区的地下水。