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环境科学与工程学院李东锋课题组提出中小河流主导泛北极入海泥沙通量增加新认识

北京大学

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北极河流是连接陆地与北冰洋的重要通道，向北冰洋输送大量水、泥沙、碳及营养物质，影响海岸稳定性、三角洲演变和生物地球化学循环。近年来，北极地区经历快速变暖，升温速率约为全球平均水平的4倍，并伴随径流增加、冰川消融、冻土退化和野火频发，河流输沙过程正在发生显著变化。然而，受限于长时序观测数据的不足，泛北极河流悬移质含沙量及入海泥沙通量的时空演变规律及驱动机制仍不清晰，特别是众多无资料流域和中小型沿海河流长期缺乏系统评估。

近日，北京大学环境科学与工程学院、水沙科学教育部重点实验室李东锋课题组以“Increasing river sediment concentration and flux across the pan-Arctic”为题在《自然·地球科学》（Nature Geoscience）发表研究论文。针对泛北极河流含沙量低（平均＜100mg/L）、光学性质复杂、云雪河冰干扰强以及传统经验模型推广性差等难题，研究团队融合约8万幅Landsat卫星影像与自主研发的多模态机器学习算法，构建了面向泛北极地区的河网尺度悬移质含沙量遥感反演新框架Arctic-SRT。相较于传统经验模型，Arctic-SRT在低含沙量条件下的反演精度提升了约2倍，并据此重建了泛北极4331个河段过去40年月尺度含沙量数据底板（1984—2023年）。

研究发现，多年冻土区约40%的河段含沙量呈显著增加趋势，在富含冰与碳、对气候高度敏感的Yedoma冻土区，该比例升至约50%。研究进一步修正了泛北极河流入海泥沙通量的估算：过去40年间，泛北极河流入海泥沙通量增加约15%，年均达3.15亿吨/年。其中，六大河（叶尼塞河、勒拿河、鄂毕河、科雷马河、育空河及马更些河）贡献约2亿吨/年，占总量的63%；而此前长期被忽视的263条中小型沿海河流贡献约1.15亿吨/年，占比高达37%。

研究进一步揭示了过去40年间泛北极河流入海泥沙通量增加受冻土退化、野火扰动及径流增加共同控制的关键机制，并提出了该地区入海泥沙通量的增长主要由此前长期被忽视的263条中小型沿海河流所主导的新认识。与暖湿化背景下青藏高原河流泥沙通量普遍增加不同，泛北极地区地势相对平缓、基岩抗蚀性强，且含沙量背景值较低，六大河的入海泥沙通量整体变化并不显著。相比之下，众多中小型沿海河流纬度更高、冻土覆盖更广、地下冰含量更高、升温速率更快，也更易受到冻土退化、野火扰动及径流增加的影响。这些中小河流的泥沙通量增加速率约为六大河的5倍，主导了泛北极入海泥沙通量的整体增长。

该研究提供了泛北极长时序、河段尺度含沙量数据集（zenodo.org/records/17608897），对深化不同寒冷地区河流水沙过程响应规律的认识有重要意义。研究表明，河流含沙量及入海通量增加，可能通过恶化水质、破坏鱼类栖息地、改变营养盐和有机碳输移等途径，影响区域水安全、初级生产力及碳循环；同时也可能加剧河床淤积和局地洪涝风险，威胁桥梁、管道等基础设施安全。该研究面向我国参与北极生态环境保护与可持续发展的需求，可为未来北极地区的重大工程布局、油气资源开发、“冰上丝绸之路”建设及生态环境风险防控提供科学依据，并为我国参与北极环境治理和气候变化应对提供关键支撑。

该研究得到了国家自然科学基金、阿里达摩院青橙奖的支持。李东锋为论文通讯作者，博士生田上为第一作者。