“分层期”是指水体按季节性分隔成多个层次。
科学家预计，由于气候变化，到本世纪末，湖泊季节性平均分层期可能延长近两周；若排放极高，则可能延长一个多月。
这可能会对湖泊生态系统造成灾难性影响，例如引发有毒藻华并导致鱼类死亡。
目前已开展相关研究，以进一步了解湖泊分层的形成过程及其未来影响的细节。
新研究表明，湖泊的“分层期”（即水体按季节性分隔成多个层次的时期）在气候变暖条件下将持续更长时间。
研究论文称，这些更长的分层期可能对湖泊生态系统产生“深远影响”，并可能引发有毒藻华、鱼类大量死亡以及甲烷排放增加。
气候变化对湖泊分层的影响
该研究发表于《Nature Communications》，研究发现，即使在低排放情景下，到本世纪末，北半球湖泊的平均季节性分层期仍可能延长近两周。研究还发现，若排放极高，分层期可能延长一个多月。
若分层期持续延长，“我们可能会看到部分湖泊生态系统发生灾难性变化，这可能对生态群落造成不可逆的影响”，该研究的第一作者告诉Carbon Brief。
研究还发现，较大的湖泊将出现更显著的变化。例如，北美五大湖拥有“不可替代的生物多样性”，并代表了世界上最大的淡水生态系统之一，据研究显示，其分层期已在经历“快速变化”。
“致命后果”的湖泊分层
随着春季气温升高，许多湖泊开始进入“分层”过程。温暖的空气加热湖面，使表层水升温，并与其下较冷的水层分离。
分层水层之间不易混合，且两层之间的温差越大，混合就越少。湖泊通常在春季至秋季之间发生分层，此时炎热天气维持了温暖表层水与深处较冷水体之间的温度梯度。
理查德·伍尔韦博士，来自欧洲航天局，是该论文的第一作者。该论文发现，气候变化正推动分层提前开始、推迟结束。他告诉Carbon Brief，分层的影响“广泛而深远”，并且较长的分层期可能对生态系统造成“不可逆影响”。
例如，多米尼克·瓦松博士，博士后研究员，来自气候影响研究中心，任职于于默奥大学（未参与该研究）解释称，湖泊分层可形成“物理屏障”，使溶解气体和颗粒物更难在各水层之间移动。
这可能会阻止水面的氧气下沉至湖底深处，并可能导致水体深处出现“缺氧化”，即氧含量较低、呼吸更加困难的区域。
据称，氧气耗竭可能对生物体造成“致命后果”，贝特拉姆·伯雷尔博士——亥姆霍兹环境研究中心的研究员，他未参与该研究。
首席作者伍尔韦告诉Carbon Brief，较深水层氧含量下降会使鱼类被困在温度较高的表层水中：
“夏季，鱼类通常会迁往较深水域以躲避表层的高温，例如在湖泊热浪期间。深层氧含量下降意味着鱼类将失去热避难所，因为当氧浓度过低时，它们往往无法存活。”
研究指出，这对湖泊生物极为有害，甚至可能增加“鱼类大量死亡事件”。
然而，湖泊分层的影响并不仅限于鱼类。研究指出，春季分层提前，还可能促使浮游植物（一种藻类）群落更早生长，并使它们与依赖其为食的物种出现时间错位。这被称为“营养级错配”。
凯瑟琳·奥赖利教授，地理、地质与环境学教授，任职于伊利诺伊州立大学，她未参与该研究，并补充称，较长的分层期还可能“增加有害藻华发生的可能性”。
气候变化对湖泊的影响还超出了生态系统范畴。湖泊中的低氧水平可能会增加甲烷的产生。研究指出，甲烷是“以具有全球重要意义的速率在湖泊中产生并排放”的。
伍尔韦解释称，因此，更高程度的变暖可能在湖泊中形成正向气候反馈，即气温升高意味着导致星球变暖的排放增加：
“深层低氧水平也会促进湖底沉积物中甲烷的产生，随后甲烷可通过气泡或扩散的方式释放至水面，从而对气候变化形成正反馈。”
湖泊分层：开始与破裂
在该研究中，作者利用来自部分“全球监测最完善湖泊”的长期观测数据，以及一系列湖泊模型的每日模拟，确定了湖泊分层期的历史变化。
他们还在三种不同排放情景下对未来分层期的变化进行了模拟，以确定该过程在未来可能如何变化。该研究聚焦于北半球的湖泊。
下图显示了1900年至2099年间分层天数相对于1970—1999年平均值的平均变化。图表展示了历史测量数据（黑色），以及低排放情景RCP2.6（蓝色）、中等排放情景RCP6.0（黄色）和极高排放情景RCP8.5（红色）。
湖泊分层持续时间相对于1970—1999年平均值的变化，包括历史测量数据（黑色）、低排放情景RCP2.6（蓝色）、中等排放情景RCP6.0（黄色）和极高排放情景RCP8.5（红色）。
图表显示，湖泊平均分层期已经延长。不过，研究补充称，某些湖泊所受影响比其他湖泊更为显著。
例如，布莱尔姆塔恩湖（Blelham Tarn）是英格兰湖区监测最完善的湖泊，研究发现，相比1963—1972年的平均值，该湖现在分层开始提前了24天，分层状态持续时间延长了18天。伍尔韦告诉Carbon Brief，因此，该湖已经出现氧气耗竭迹象。
研究结果显示，气候变化通过使分层开始时间提前、分层“破裂”时间推迟，正在延长湖泊的平均分层持续时间。下表显示了相对于1970—1999年基准期，不同排放情景下湖泊分层开始、破裂及总持续时间的预计变化。
表中显示，即使在低排放情景下，预计到本世纪末，湖泊分层期仍将延长13天。而在极高排放情景下，延长天数可能达到33天。
表中还显示，分层开始时间的变化比分层破裂时间的变化更为显著。其原因可通过更仔细地观察分层驱动因素来揭示。
气温升高与风力减弱
湖泊分层开始和破裂的时间主要受两个因素驱动：温度和风速。
温度对湖泊分层的影响基于这样一个事实：温水的密度低于冷水。伍尔韦告诉Carbon Brief：
“随着气温升高，水面变暖，导致水的密度下降，并使湖泊内形成明显的热分层：较冷、密度较大的水沉至湖底，而较暖、较轻的水则在上层形成一层。”
这意味着，随着气候变化导致气温上升，湖泊将更早开始分层，并且分层状态将维持更长时间。伍尔韦告诉Carbon Brief，高海拔湖泊也可能出现更大的分层变化，因为“夏季延长在高纬度地区表现得非常明显”。
下图显示了在低（左）、中（中）、高（右）排放情景下，北半球湖泊分层持续时间的预计增幅。颜色越深，表示分层期增幅越大。
该图显示，气候变化对分层持续时间的预期影响在更靠北的高纬度地区更为明显。
第二个因素是风速，伍尔韦解释道：
“风速也会影响湖泊分层开始与破裂的时间，较强的风会使水体柱混合，从而抵消气温升高带来的分层效应。”
研究显示，随着地球变暖，风速预计会略有下降。作者指出，近地表风速的预期变化与可能的气温上升相比“相对较小”，但他们补充称，这仍可能导致分层出现“显著”变化。
研究发现，气温是决定湖泊何时开始分层的最重要因素。然而，在考察分层破裂时，研究发现风速是更重要的驱动因素。
与此同时，瓦松表示，风速也会影响湖泊的甲烷排放。他指出，分层会阻止湖底产生的甲烷上升；而当分层期结束时，甲烷便可升至水面。不过，瓦松认为，分层破裂的速度将影响释放到大气中的甲烷量：
“我的研究表明，最终排放的底层水中累积甲烷量，与分层破裂发生的快慢有关。例如，缓慢且渐进的分层破裂很可能使水体得以充氧，并使细菌将甲烷氧化为二氧化碳。然而，若湖泊分层突然破裂，例如在高风速风暴过后，则会使累积的甲烷更高效地排放到大气中。”
最后，研究发现，大型湖泊在春季需要更长时间才能分层，并且通常在秋季保持分层状态的时间也更长，这是由于其水量较大。例如，作者重点指出了北美五大湖，它们拥有“不可替代的生物多样性”，并代表了世界上最大的淡水生态系统之一。
作者发现，自1980年以来，这些湖泊的分层开始时间每十年提前3.5天，并且在某些极端年份之间，其分层开始时间的差异可达48天。
奥赖利告诉Carbon Brief：“很明显，这些变化将使湖泊进入未知领域”，并补充称，该论文“为思考未来气候情景下湖泊将发生多大变化提供了一个框架”。
