黄土高原不同气候区裸地水、热特征对比

为了更好地理解陆地表面水、热通量的空间差异,利用2009年和2010年1月黄土高原陆面过程观测试验（LOPEX）的陆面过程资料,对比分析了不同气候区主要地表水、热通量特征。结果表明：半干旱区的定西在近地层气象要素、土壤湿度、动量通量、地表能量及CO2通量等主要陆面特征物理量与半湿润区的平凉、庆阳差异明显;气候背景相接近的平凉、庆阳的主要陆面特征量比较接近。虽然地形、地势、海拔、下垫面影响因子也是影响陆面特征的重要因素,但是气候背景差异愈明显,陆面特征差异也愈大,即一个地区的气候背景是陆面过程特征的主要决定因子,对陆面特征产生综合影响,而地形、地貌只对一个或几个陆面物理量有影响。     

中国气温变化对全球变暖停滞的响应

1998-2012年出现的全球变暖停滞（global warming hiatus）现象,近年来受到各界的广泛关注。基于中国622个气象站的气温数据,研究了全国及三大自然区气温变化对全球变暖停滞的响应。结果表明：① 1998-2012年间,中国气温变化率为-0.221 ℃/10 a,较1960-1998年增温率下降0.427 ℃/10 a,存在同全球变暖停滞类似的增温减缓现象,且减缓程度更明显,其中冬季对中国增温减缓的贡献最大,贡献率为74.13%,夏季最小;② 中国气温变化对全球变暖停滞的响应存在显著的区域差异,从不同自然区看,1998-2012年东部季风区和西北干旱区降温显著,其中东部季风区为中国最强降温区,为全国增温减缓贡献了53.79%,并且具有显著的季节依赖性,减缓期冬季气温下降了0.896 ℃/10 a,而夏季上升了0.134 ℃/10 a。青藏高寒区1998-2012年增温率达0.204 ℃/10 a,对全球变暖停滞的响应并不显著;③ 中国增温减缓可能受太平洋年代际振荡（PDO）负相位、太阳黑子数与太阳总辐照减小等因素的影响;④ 1998-2012年中国虽出现增温减缓现象,但2012年之后气温快速升高,且从周期变化看,未来几年可能持续升温。     

中美俄加陆域碳汇对人为增温的消减贡献

作为主要的气候强迫因子,CO₂与人类活动密切相关,但很多研究往往忽视了陆地生态系统碳汇对人为排放CO₂增温的消减作用。俄罗斯、加拿大、中国和美国是世界上地域面积最大、且社会经济处于不同发展阶段的4个国家,将短时期内CO₂排放所引起的辐射强迫进行量化分析,对于评估人为和自然因素对气候的影响非常重要。本文基于CO₂同化数据,利用“碳—气候”参数化方案,在分析人为碳排放及其气候效应的同时,考虑陆地生态系统碳汇的气候效应,进而得到4个国家的全球辐射强迫。结果显示：① 2000—2016年,4个国家人为排放的CO₂均呈明显增加趋势（0.125 Pg C a ^-1）,但陆地生态系统的碳汇作用也不断增强（0.003 Pg C a ^-1）;其中,中美两国总的人为碳排放占了4个国家的87.19%,而俄罗斯陆地生态系统的吸收碳能力最强,总量达14.69 Pg C。② 截至2016年,陆地生态系统的降温效应达-0.013 W m ^-2,可消减人为碳排放增温效应的45.06%。充分说明若不考虑陆地生态系统,将会明显高估人为碳排放的增温效应。③ 整体上,相对于2000年和工业革命前的CO₂浓度水平,4个国家总的人为碳排放分别贡献了0.32 W m ^-2和0.42 W m ^-2的全球辐射强迫。本文还进一步探讨了温度与辐射强迫的线性关系,相对于单一的人为或者自然因素而言,综合两者的辐射强迫,与相应时段的气温变化可解释度最高,达30.3%。     

中国干旱半干旱区气候异常影响机理研究进展

干旱半干旱区占中国陆地面积一半以上,生态环境脆弱,对全球气候变化和人类活动的响应敏感,极端气候事件呈多发、强发态势。该区域的气候异常不仅受到大气内部变率的调制,还受海温、海冰和积雪等下垫面影响,这些物理因子对干旱半干旱区气候异常起关键性作用。文章系统性地回顾和梳理了这些物理因子对中国干旱半干旱区气候异常影响的研究。研究表明：大气遥相关作为气候异常的内部影响因子,其位相转变造成的环流异常会通过调控急流位置、行星波活动、阻塞强度、槽脊位置等造成干旱半干旱区气候异常;而海温则通过影响季风强度、沃克（Walker）环流强度、西太平洋副热带高压位置及激发大气罗斯贝（Rossby）波响应等方式对干旱半干旱区气候异常产生影响;积雪通过反照率效应和水文效应,改变地表辐射、土壤温湿度等下垫面热力状况,进而通过非绝热加热或改变大气斜压性等方式对干旱半干旱区气温和降水产生显著作用。文章在总结已有研究进展的基础上,指出不同因子之间的协同作用机制以及各因子对中国干旱半干旱区气候异常的贡献仍有待进一步研究。     

甘肃省不同气候区蒸发量变化特征及其影响因子研究

蒸发量是研究水分平衡和气候变化的一个非常重要的参数。众多研究普遍认为,近几十年来,国内外大部分区域蒸发量总体上呈下降趋势,且认为太阳总辐射、净辐射、日照时数以及风速的减小是造成蒸发下降的主要原因。研究也发现,在不同的区域,因地形、地理位置以及气候的差异,蒸发量的变化趋势、变化幅度和主要影响因子也存在差异。利用甘肃省4个不同气候区代表站1970—2007年的实测气象资料,分析了近38 a来各站潜在蒸发量及20 cm蒸发皿蒸发量的变化特征,同时,通过分析各站主要气象要素的变化特征,探讨了影响各站蒸发量变化的主要气象因子。结果表明,与国内外大多数区域不同,近38 a来,甘肃省4个不同气候区代表站的蒸发皿蒸发量均呈增加趋势,且从暖干区向冷湿区,蒸发皿蒸发量依次由明显的增加趋势逐渐转变为不变或微弱的增加趋势;位于亚热带湿润区的文县和暖干区的敦煌站潜在蒸发量均呈下降趋势;位于高寒湿润区的玛曲站,潜在蒸发量表现为微弱的上升趋势;中温带干旱区马鬃山站潜在蒸发量表现为明显的上升趋势;各气候区中蒸发的影响因子有所不同,但无论是干旱区还是湿润区,动力因子——风速的显著减小是导致潜在蒸发量显著减少的最重要原因,而热力因子是影响蒸发皿蒸发量的主要因子。     

基于Landsat-TM和MODIS的非洲水体分布格局研究

卫星遥感是进行洲际或者全球尺度内陆水体信息提取的最有效、最为切实可行的技术手段。作为全球水资源较为匮乏的大洲,以遥感技术进行非洲内陆水体信息提取研究具有重要的应用价值。文章以2010年Landsat TM/ETM+卫星遥感影像数据为基础,辅以MODIS遥感影像,基于面向对象的分类方法,选用归一化差值水体指数（Normalized Difference Water Index,NDWI）及波段组合（Band 4/Band 2）进行水体信息提取。并根据不同气候区,选取4个典型区,监测年内水体的变化情况。结果表明：1）非洲内陆水体面积为311 479.2 km2,其中湖泊总面积为209 018.5 km2,占水体总面积的67.1%;河渠总面积64 550.1 km2,占20.7%;水库坑塘总面积37 910.7 km2,占12.2%。非洲拥有水库211个,总面积13 438.7 km2。2）撒哈拉以南的非洲是水体主要的分布区,统计分析表明约97%的水体分布在该地区。3）热带沙漠气候区湖泊面积呈减少趋势,热带草原气候区湖泊受干湿季节影响上下波动较大,热带雨林气候区和地中海气候区湖泊面积变化较小,总体上4个典型区水体面积变差系数＜10%。     

2001—2020年中国地表温度时空分异及归因分析

地表温度（LST）变化对陆面过程的能量收支平衡与生态系统稳定有着至关重要的影响。本文基于MOD11C3数据,使用回归分析、GIS空间分析、相关性分析及质心模型等方法,分析了中国2001—2020年LST变化及其时空分异格局;运用地理探测器识别中国38个生态地理分区下LST变化的主导因子,进而探寻其形成原因。结果表明：① 中国2001—2020年LST气候平均值为9.6 ℃,整体呈东南及西北干旱区高、东北及青藏高原低,平原高、山区低的基本格局;LST与海拔呈显著负相关,相关系数达-0.66;第一阶梯负相关性最为显著,相关系数达 -0.76,LST递减率为0.57 ℃/100 m;② 中国2001—2020年LST倾向率为0.21 ℃/10 a,升温区占国土面积的78%,整体呈现“多核式升温,轴线式降温”的空间特征;③ 中国LST及变化具有显著的季节性特征,冬、夏两季均温空间分布较其他季节的差异较大且波动更为明显;季节性升/降温区的质心轨迹呈环状,且运动呈现出对应的季节性反向轨迹,降温区质心移动幅度更大,说明降温区的区域差异性和季节变异性较大;④ 中国LST变化由自然影响与人类活动共同驱动,其中自然因素贡献更大,日照时数和海拔是关键因子;两大主导类型在空间分布上与“胡焕庸线”高度吻合,其以东区域多以人类活动强度为主导并与地形因子共同作用,而以西区域则多以自然因素为主,通过与气候、地形、植被等因子的相互耦合从而增强/削弱LST变化幅度。本文可为应对气候变化、解析地表环境模式、保护生态环境等方面提供科学参考。     

农业物候动态对地表生物物理过程及气候的反馈研究进展

地表过程对全球变化的响应和反馈是地球系统科学研究的核心课题之一,目前的研究多关注全球变化对地表过程的影响,而地表动态过程对地表生物物理过程及气候的反馈研究较少。系统认识地表物候动态对生物物理过程及气候的反馈对深化地球系统科学研究有着重要的意义。本文从农业物候动态的事实、农业物候动态在陆面过程模型中的参数化表达、农业物候动态对地表生物物理过程及气候的反馈等方面进行综述,发现在气候变化和管理措施影响下,以种植期和灌浆期为代表的农业物候期发生了显著的规律性变化;耦合农业物候动态,改善了模型对地表动态过程、生物物理过程和大气过程的数字化表达;农业物候变化对地表净辐射、潜热、感热、反照率和气温、降水、环流等过程产生了影响,并表现出以地表能量分配为主的气候反馈机理。针对农业物候动态对地表生物物理过程及气候效应的时空重要性,需要继续开展以下方面的工作：① 加强全球变化对地表物候动态的影响及其反馈的综合研究;② 不同光谱波段地表反射率与农业物候动态的关系研究;③ 农业物候动态引起的作物生理学特征变化在地表生物物理过程中的贡献;④ 重视不同气候区物候动态对气候反馈效应的差异。     

西藏羊卓雍错湖面水热通量变化及其与气象因子的关联

气候变暖背景下湖泊表层水热交换及其气候归因对高寒湖泊蒸发机制和水分平衡有重要影响。本文基于2016—2017年西藏高寒湖泊羊卓雍错非封冻期涡动相关湍流观测通量数据,首次探讨了该湖水热通量小时、日、月变化特征及其与气象因子的关联。研究发现,4—12月羊卓雍错湖面潜热通量平均值显著高于感热通量;水热通量季节差异明显,夏季较高的空气温湿度组合对湖面的湖—气能量交换控制作用显著。在小时、日、月等时间尺度上,与感热通量统计相关性最高的气象因子为湖—气温差;在半小时、日平均等时间尺度上,潜热通量与风速、风速—水汽压差协同量均为较强正相关;日、月平均时间尺度上的湖面水热通量则与水面净辐射通量呈显著负相关,这归因于水面净辐射季节变化以及因湖—气温差和水—气热容量差异所导致的湖面水热通量强度变化的位相差异。本文揭示了藏南高寒湖泊水热通量变化在不同时间尺度上的主控气象因子差异,增进了对高寒湖泊在气候变化背景下能量交换和蒸发机制的认识。     

西北干旱区气候变化对水文水资源影响研究进展

西北干旱区是对全球变化响应最敏感地区之一,研究分析全球变暖背景下的西北干旱区水资源问题,对应对和适应未来气候变化带来的影响具有重要意义。本文通过对西北干旱区气候变暖影响下的水资源形成、转化与水循环等关键问题最新研究成果的总结分析,得出如下结论：(1) 西北干旱区温度、降水在过去的50年出现过“突变型”升高,但进入21世纪,温度和降水均处于高位震荡,升高趋势减弱;(2) 西北干旱区冬季温度的大幅升高是拉动年均温度抬升的重要原因,而西伯利亚高压活动和二氧化碳排放是引起冬季升温的重要影响因素;(3) 西北干旱区蒸发潜力在1993年出现了一个明显的转折变化,由显著下降逆转为显著上升的趋势。气候变暖、蒸发水平增大对西北干旱区生态效应的负作用已经凸显;(4) 西北干旱区冰川变化对水资源量及年内分配产生了重要影响,部分河流已经出现冰川消融拐点。在塔里木河流域,冰川融水份额较大 (50%),可能在未来一段时期,河川径流还将处在高位状态波动。全球气候变暖在加大极端气候水文事件发生频率和强度的同时,加剧了西北干旱区内陆河流域的水文波动和水资源的不确定性。     

全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估

碳酸盐岩风化吸收的大气CO₂主要以HCO₃ ^-形式连续地经由河流从大陆输送到海洋,成为陆地生态系统的重要碳汇。目前主要河流流域的碳酸盐岩风化碳汇估算存在不确定性,分布格局尚不清晰。基于GEMS-GLORI全球河流数据库提供的全球10万km ²以上主要河流流域多年平均监测数据,利用水化学径流法估算出全球主要河流流域碳酸盐岩对CO₂的吸收速率为0.43±0.15 Pg CO₂ yr ^-1,平均CO₂吸收通量为7.93±2.8 t km ^-2 yr ^-1。CO₂吸收通量在不同气候带下差异显著,热带和暖温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域年吸收速率的62.95%。冷温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域的33.05%,仅次于热带地区。本文划分出全球CO₂吸收通量的9个关键带,关键带的交汇处CO₂吸收通量较高。喀斯特出露流域碳酸盐岩对CO₂吸收通量的均值为8.50 t km ^-2 yr ^-1,约为非喀斯特流域的3倍。全球喀斯特出露流域碳酸盐岩风化碳汇在全球碳循环、水循环及碳收支平衡估算研究方面占据重要地位。     

华北平原玉米播种期和品种变化对冠层温度的影响及地表生物物理机理

通过改变陆—气界面的地表水热交换,农田管理变化是气候变化的重要反馈过程之一。华北平原玉米的播种期和有效积温发生了规律性变化,改变了叶面积指数(LAI)、地表反照率(α)、净辐射(R_n)、潜热(LH)和冠层温度(T_c)等,成为区域气候变化的重要反馈过程。论文利用SiBcrop模型模拟3种玉米情景(春玉米、夏玉米、潜在玉米)下的LAI、α、R_n、LH和T_c的季节动态。结果表明,春玉米具有早播种、早收获、早LAI峰值的特征;夏玉米具有晚播种、晚收获、晚LAI峰值的特征;潜在玉米具有早播种、晚收获、高LAI的特征。模拟情景之间LAI差异为±2.5 m²·m^-2;T_c差异为±0.5 ℃。地表反照率(α)和地表能量分配是决定情景之间T_c差异的决定因素,播种期推迟,以α升高的降温效应为主;有效积温增加,以LH分配增多的降温效应为主。春玉米具有最高的冠层温度,夏玉米和潜在玉米的冠层温度较低且差异很小。研究结果对于促进农田土地管理变化适应和缓解区域气候变化具有一定意义。     

流域水热条件和植被状况对青海湖水位的影响

湖泊是陆地水资源的重要组成部分，也是局地气候和全球环境变化的敏感指示器之一。湖泊面积增加和水位的变化直接反映了流域内水量平衡变化过程，对区域和全球的气候变化的反映较为敏感。利用线性趋势法对青海湖流域长时间序列气象、水文资料以及流域水热条件和植被生长状况进行分析研究，利用皮尔逊相关系数法计算了各因素与湖水位的相关关系，旨在定量评估区域气象、水文、植被等要素的变化对和湖泊水位变化过程的贡献，开展细致的青海湖水位变化特征的影响因子探讨与分析。结果表明：该流域气候呈现显著的暖湿化趋势，其中流域年降水量总体上呈现弱的增加态势，气候倾向率为10.8 mm·（10 a）^-1；流域年平均气温呈显著的升高趋势（P <0.01）。流域年可能蒸散率和年实际蒸散波动较大，年实际蒸散虽有波动但增加趋势非常明显（P <0.01）。流域净第一性生产力（P）平均值为2.86 t DM·hm^-2·a^-1，呈现显著的增加趋势（P <0.01）。从1961年开始湖水位呈现逐年波动下降的趋势，到2004年水位最低（P<0.01）；2004—2015年的近10 a连续上升，上升速率达14.4 m·（10 a）^-1（P <0.01）。流域气温升高、降水量增加，流域气候呈显著的暖湿化特征，入湖河流径流量也呈现出弱的增加态势；气候暖湿化特征导致流域生物温度增加，植被生长状况得到改善，[WTBX]NPP[WTBZ]显著增加。年降水量增多，河流径流量增大，湖水位抬升；前一年的降水量、≥0 ℃积温、温度、径流量、NPP和蒸发量对湖水位的影响更大；NDVI和NPP的增加反映流域植被生长状况得到好转，从而增加了流域植被水土保持和水源涵养能力，对湖水位产生间接的影响。降水量、≥0 ℃积温、温度、径流量和NPP对青海湖水位起到正反馈效应，而蒸发量对湖水位主要起负反馈效应，年降水量和年径流量是湖水位变化的最直接的影响因子。     

毛乌素沙漠东南缘滴哨沟湾剖面DGS1层段粒度特征及其指示的全新世气候变化

分析滴哨沟湾剖面全新统DGS1段的粒度数据,认为流动沙丘砂、泥炭、砂质古土壤、古固定-半固定沙丘砂到湖沼相和次生黄土的颗粒总体上变细,分选变差。结合腹足类动物化石和湖沼相地层中石英砂粒表面电镜扫描,认为DGS1粒度结果实际上是全新世以来多次冬夏季风的交互演替过程的气候-地质记录。据此,将DGS1粒度信号记录的全新世气候分为4个阶段——全新世早期好转期、全新世鼎盛期、大暖期向寒冷期转变波动期和降温不稳定的沙漠化频繁变化时期。     

近30年来西藏那曲地区湖泊变化对气候波动的响应

根据1975年地形图、20世纪80年代至2005年的TM、CBERS卫星遥感资料和近45年的气温、降水量、蒸发量、最大积雪深度和最大冻土深度等气候资料分析得出,西藏那曲地区东南部的巴木错、蓬错、东错、乃日平错等四个湖泊的水位面积在近30年来呈较显著的扩大趋势,2005年与1975年相比,分别增加了48.2 km²、38.2km²、19.8 km² (比2004年)、26.0 km²,增长幅度分别为25.6%、28.2%、16.2%、37.6%。其主要原因与该地区近年来气温的上升、降水量的增加和蒸发量的减少、冻土退化等暖湿化的气候变化有很大关系。     

20世纪末中国中东部耕地扩张对表面气温影响的模拟

利用WRF模式,通过4个21年（1980-2000年）的模拟实验,研究了20世纪末中国中东部耕地扩张对表面气温的影响。控制实验分析发现WRF模式能够捕捉温度场的空间格局,模拟与观测的季节平均温度场的相关系数为0.91~0.99（P < 0.001）,但模拟温度比观测温度系统性偏低2~3 ℃。控制实验与敏感实验对比分析发现,东北区和中部区的毁林和毁草开荒具有降温效应,冬季平均降幅约为-0.41 ℃,居四季之首,主要是由地表反照率增加,净短波辐射减少,感热通量随之减少所致;东南区的毁林开荒具有升温效应,夏季温度升幅最大,平均升幅为0.14 ℃,主要原因是地表粗糙度减小,湍流减弱,热量在近地层集聚,难以扩散。农业扩张的升、降温效应主要出现在局地,对区域温度变化的影响甚微,一方面是因为农业扩张占区域面积份数甚小,另一方面是因为升、降温效应在区域平均过程中相互抵消。     

1990-2010年中国土地覆被变化引起反照率改变的辐射强迫

土地覆被变化通过改变地表反照率而影响地表辐射收支与能量平衡,从而对区域和全球气候产生影响。本文利用高时空分辨率遥感数据分析1990-2010 年中国土地覆被变化改变地表反照率的时空驱动机制,并计算全国50 个生态区地表反照率变化导致的年际尺度辐射强迫,揭示土地覆被变化在生态区尺度上影响气候变化的生物地球物理机制。结果表明:1990-2010 年全国土地覆被变化以耕地开垦、草地沙化、城市化等人类土地利用活动导致的土地覆被变化最为明显,全国草地与林地面积分别减少了0.60%和0.11%;建设用地和耕地面积分别增加了0.60%和0.19%。全国土地覆被变化通过改变地表反照率引起的平均辐射强迫为0.062 W/m²,表现为增温的气候效应,但在生态区尺度辐射强迫空间差异很大。京津唐城镇与农城郊农业生态区主要土地覆被变化为耕地转为建设用地,引起地表反照率降低了0.00456,产生0.863 W/m²的辐射强迫,表现为增温的气候效应;而三江平原温带湿润农业与湿地生态区主要的土地覆被变化为林草地转为耕地,引起地表反照率升高了0.00152,产生-0.184 W/m²的辐射强迫,表现为降温的气候效应。     

Diatom responses to 20th century climate-related environmental changes in high-elevation mountain lakes of the northern Canadian Cordillera

Diatom responses to 20th century climate-related environmental change were assessed from three high-elevation lakes in the northern Canadian Cordillera. Dominance of small benthic Fragilaria diatoms reflect the generally cold conditions with long periods of ice cover that have characterized these mountain lakes over at least the last ~300 years until the period of recent warming. At the turn of the 20th century, salient shifts in the diatom assemblages reveal individualistic limnological responses with the onset of climate warming trends in northwest Canada. At YK3 Lake, an oligotrophic, chemically dilute, alpine lake, increased representation of the planktonic Cyclotella pseudostelligera may reflect longer ice-free conditions and/or more stable thermal stratification. By contrast, in the more productive, alkaline lakes (BC2 and Deadspruce lakes), changes to more diverse assemblages of periphytic diatoms suggest greater benthic habitat availability, most likely associated with the enhanced growth of aquatic plants with lengthening of the growing seasons. In addition, diatom assemblages from these lakes suggest less alkaline conditions following the onset of 20th century climate warming. Continued alkalinity reduction throughout the 20th century is qualitatively inferred at the lower elevation, treeline lake (Deadspruce Lake), while greater representation of alkaliphilous Fragilaria diatoms after ~1950 suggested increased alkalinity at the alpine BC2 Lake. Our results confirm the sensitivity of diatoms from high-elevation mountain lakes to regional climate change in northwest Canada. Individualistic limnological responses to 20th century warming are potentially attributed to differences in their physical setting (e.g., bedrock geology, elevation, catchment vegetation) in this complex mountain environment.     

Limnological responses to warming on the Xizang Plateau,Tibet, over the past 200 years

Paleolimnological analyses can be used to evaluate limnological responses to changing climate over decadal to centennial timescales, especially in regions with sparse lake monitoring data. We used a training set with 90 lakes to develop a diatom-based conductivity transfer function and address climate-driven changes in lakes on the Qinghai-Xizang Plateau, Tibet. This new training set is an expanded version of a previous model (Yang et al. in J Paleolimnol 30:1–19, 2003) and shows improved performance statistics for the conductivity model. The expanded training set also contains diatom species not previously identified from the region, such as Stephanodiscus sp. and Cyclotella sp., which are common eutrophic indicator species in other regions, but can also be influenced by water column conductivity. The new conductivity transfer function was applied to Lakes Nam Co and Chen Co in Tibet. Recent conductivity inferences were compared with climate data from the Dangxiong weather station and water level records from Yangzhuyong Co, which show increasing temperature and lower water levels, respectively, since AD 1960. Other studies showed that the water balance for many lakes on the Qinghai-Xizang Plateau is complex, affected by both evaporation and glacial melting. Our paleolimnological reconstructions, which include sediment particle size data, indicate that over relatively short timescales glacial meltwater can influence lake hydrology, but over decadal timescales, increases in evaporation, driven by rising temperatures, dominate. Our findings suggest that regional warming is lowering water levels at these sites and will continue to do so given predicted future climate warming.     

Sedimentary carbon forms in relation to climate and phytoplankton biomass in a large,shallow, hard-water boreal lake

Carbon storage in lakes can have huge implications for the global carbon cycle, as lakes annually accumulate up to one half the amount of organic carbon buried in marine sediments. Yet little is known of the effect of recent climate change on carbon storage in lakes. We analyzed century-scale time series of climate variables (precipitation, temperature, NAO winter index) and profiles of sediment characteristics in a dated sediment core from shallow, eutrophic Lake Võrtsjärv, south Estonia. We used path analysis to evaluate the effect of climate conditions on phytoplankton biomass in the lake and accumulation of organic and inorganic carbon in the sediment. Changes in winter and spring climate influenced the lake’s phytoplankton growth significantly. Carbon pathways in hard-water Lake Võrtsjärv were influenced by both hydrological (most significant in colder periods) and biogeochemical processes. Increased nutrient and water input to Lake Võrtsjärv, anticipated with projected climate warming, favours greater in-lake productivity, larger accumulation of inorganic carbon in sediments, and an increase in organic carbon mineralisation, which fuels atmospheric greenhouse gas emissions from the lake.