城市景观湖泊不同时间尺度CH4通量特征及影响因素分析——以南京市莫愁湖为例

城市景观湖泊对温室气体的收支发挥着重要作用。本文以南京市莫愁湖为研究对象,采用静态箱—温室气体分析仪法实时监测湖泊水—气界面CH₄通量,分析湖泊主要温室气体CH₄在日尺度和季节尺度上因冒泡和扩散排放方式不同对其通量的影响,探究影响湖泊CH₄通量的因素。结果表明:(1)在日尺度上,四季24 h内CH₄均呈排放状态,受白天冒泡影响,四季CH₄总通量均存在白天高于夜间的日变化特征。(2)在季节尺度上,莫愁湖CH₄排放通量呈现显著的时空异质性,受冒泡通量的影响夏季CH₄通量明显高于春、秋、冬三季;B区的CH₄总通量(6.04 nmol/(m²·s))显著高于A区(3.82 nmol/(m²·s)),水体的营养化程度和离岸距离是空间变化的主要影响因素。A、B两区CH₄排放夏季以冒泡排放为主,春、秋、冬以扩散排放为主。(3)在日尺度上,CH₄     

三峡水库典型支流库湾沉积物CH4产生和氧化规律

以三峡水库香溪河库湾为研究对象,采用原位加密采样(2021年5月)和室内培养方法,结合沉积物特性与水环境因子分析,探讨了香溪河库湾沉积物甲烷(CH₄)释放潜力、沉积物-水界面CH₄产生和氧化通量空间分布规律及其影响因素。结果表明:三峡水库泄水期间,香溪河库湾沉积物CH₄释放潜力的变化范围是6.35-2029.37 mg/(kg·d),沉积物-水界面CH₄产生通量和氧化通量的变化范围分别为0.04～0.73、0.03～0.62 mmol/(m²·d);空间上,沉积物CH₄释放潜力、沉积物-水界面CH₄产生及氧化通量在香溪河库湾和各典型横切面(XX02、XX05和XX06)间表现出空间差异性,主要受水深、TOC和温度的影响。垂向上,CH₄产生速率随沉积物深度的增加而减小,表层20 cm沉积物CH₄释放潜力占整柱沉积物的70%,可以用于估算库湾沉积物CH₄释放潜力。此外,沉积...     

三峡水库澎溪河CO2、CH4气泡释放通量初探

气泡释放是天然水体中水-气交换的重要途径之一.采用改进的倒置漏斗型气泡通量监测装置于2012年3-8月期间对三峡支流澎溪河高阳平湖库湾水域进行气泡释放通量的监测研究.研究期间,研究水域CH4气泡释放通量变化范围为0.01 ～ 23288.64 μmol/(m2·d);CO2气泡释放通量变化范围为0～799.89 μmol/(m2·d).不同常规采样点CH4、CO2气泡释放通量均呈现出高度的时空异质性特征.但CH4气泡释放通量显著高于CO2气泡释放通量,且二者释放过程具有同步性.同国外已有水库监测结果相比,澎溪河回水区高阳平湖库湾水域CH4、CO2气泡释放通量位于中等水平.CH4气泡释放通量约为同期CH4扩散通量的0～ 1893.90％,超量释放下CH4气泡释放通量可达同水域CH4扩散通量的6270.5％±390.0％.CO2气泡释放通量仅占同期扩散通量绝对值的0～ 21.74‰,超量释放下,CO2气泡释放通量亦仅为同期扩散通量绝对值的40.33‰ ±0.93‰.CH4气泡释放通量在支流库湾水域对总通量的贡献不可忽视.     

大型水库分层期和混合期溶存温室气体空间变化及排放通量

水库作为温室气体的重要来源,对区域气候变化有不可忽略的影响。然而,目前对水库溶存温室气体的空间异质性及垂向特征的认知仍然欠缺。为了揭示水库分层期和混合期溶存温室气体空间特征及排放通量,也为厘清水库温室气体产生和排放的关键过程提供重要支撑。研究选择东北地区大型水库——汤河水库为对象,于2021年7—9月和10月(分别代表水库分层期和混合期)对水库不同位置(坝前、库中和库尾)开展溶存温室气体垂向分层监测。研究结果显示,水库CH₄排放通量变化范围为0.018～0.174 mmol/(m²·d),是大气CH₄的源,空间分布为库尾>库中>坝前;CO₂通量为-4.91～58.77 mmol/(m²·d),除分层期东支库尾,其余点位均表现为大气CO₂的源,空间分布为坝前>库中>库尾。时间上,分层期CH₄排放通量(0.071±0.044 mmol/(m²·d))高于混合期((0.027±0.008) mm...     

基于机器学习的水-气界面CO2、CH4扩散通量预测及影响因素分析——以三峡水库为例

传统的水-气界面温室气体通量的监测方法具有诸多局限,对其影响因素的分析也大多基于数学统计层面。对此,本研究提供了一种较为新颖的研究和分析方法——基于机器学习的数据预测和分析。本研究采用2种经典机器学习算法——随机森林(RF)和支持向量机(SVM)和2种深度学习算法——卷积神经网络(CNN)和长短时记忆神经网络(LSTM),通过环境因素预测水库水-气界面CO₂和CH₄扩散通量。此外,采用RF中的特征重要性评估和经典算法决策树(DT),对环境因素和水库温室气体扩散通量的关系进行了全新角度的数据挖掘和分析。结果表明:深度学习算法的预测效果均较好,经典机器学习算法中RF预测效果显著优于SVM。LSTM和RF分别产生了最优的CO₂扩散通量和CH₄扩散通量的预测精度,均方根误差(RMSE)分别为0.424 mmol/(m²·h)和0.140μmol/(m²·h),预测值与实测值的R²分别为0.960和0.758。RF的特征重要性评估表明沉积物因子...     

岩溶湿地表层水体CO2分压时空分布特征及其扩散通量

为揭示岩溶湿地表层水体二氧化碳分压(pCO₂)的时空分布规律及其扩散通量,以我国最大的岩溶湿地贵州威宁草海为研究对象,分别于2019年7月(丰水期)和12月(枯水期)通过网格布点法,系统采集草海表层湿地水体,测定水样理化指标和离子组成,利用PHREEQCI软件计算水体pCO₂,并基于Cole提出的气体扩散模型估算水-气界面二氧化碳(CO₂)的扩散通量.结果表明:草海湿地表层水体丰水期pCO₂的变化范围为0.44~645.65μatm,平均值为(55.94±124.73)μatm;枯水期变化范围为35.48~707.95μatm,平均值为(310.46±173.54)μatm;丰水期水体整体pCO₂低于枯水期,空间上两期水体均呈现东部区域及河流入湖口处pCO₂较高,而中西部区域pCO₂欠饱和的特征.水-气界面CO₂的扩散通量在丰水期变化范围为-43.27~27.16 mmol/(m²·d),平均值(-34.49±12.93)mmol/(m²·d),枯水期变化范围为-33.36~28.15 mmol/(m²·d),平均值(-8.02±15.85)mmol/(m²·d),与其他岩溶湖库相比,水生植物丰富的草海在两个极端水文期CO₂扩散通量相对较低,总体表现为大气CO₂的汇.     

藻型湖区氧化亚氮排放特征及其影响因素

湖泊等内陆水体是大气N₂O潜在的重要排放源,也是全球N₂O收支估算的重要组成部分。目前全球湖泊普遍面临富营养化和蓝藻暴发等问题,明晰藻型湖泊N₂O排放强度及其环境影响因子对准确估算湖泊N₂O排放和预测其未来变化至关重要。本研究选择太湖藻型湖区为研究对象,同时选取人为活动影响较小的湖心区作为对比区域,基于2011年8月至2013年8月为期2年的逐月连续观测,探讨藻型湖区N₂O排放特征及其影响因素。结果表明,藻型湖区呈现极强的N₂O排放,其排放通量为(4.88±3.05) mmol/(m²·d),是参考区域(湖心:(2.10±4.31) mmol/(m²·d))的2倍多。此外,在藻型湖区中不同点位N₂O排放差异显著,受河流外源输入影响,近岸区是N₂O的热点排放区,其年均排放通量高达10.93 mmol/(m²·d)。连续观测表明N₂     

三峡水库CO2、CH4通量监测分析研究

自成库以来,三峡水库CO₂、CH₄等温室气体通量较蓄水前发生明显改变。如何科学认识和客观评估三峡水库修建及运行对其CO₂、CH₄等温室气体通量的影响备受关注。本文简要回顾了自2009年以来在三峡水库开展CO₂、CH₄等温室气体通量监测与分析工作,综述认为,现阶段三峡水库温室气体排放以水-气界面扩散释放为主要途径。陆源输入的有机碳是主导三峡水库CO₂、CH₄产生的主要碳源,但在局部区段或时段自源性有机碳的贡献亦十分显著。同蓄水前相比,三峡水库碳排放量呈现为净增加,淹没效应约占水库C净增量的20%,库区内点面源污染负荷并未对CO₂排放的净增量产生显著贡献,阻隔效应和生态系统重建效应对三峡水库碳排放的净增量产生显著贡献。近10年来,监测方法比对、监测点位优化等工作在一定程度上完善了三峡水库温室气体通量监测体系。新方法、新技术的引入也为三峡水库温室气体通量监测分析提供了有利支撑和保障,但复杂水文环境...     

新保安—沙城断裂带土壤气地球化学特征分析

测量断裂带土壤气浓度变化, 是监测断裂活动性和地震危险性的重要途径之一。 2014年5月, 我们在怀来地区新保安-沙城断裂测量了断层土壤气H₂、 He、 CO₂、 Rn、 Hg浓度以及CO₂、 Rn、 Hg的通量。 测量结果显示: H₂、 He、 CO₂、 Rn、 Hg浓度变化范围分别为, H₂: (0.4～34.2)×10^-6、 He: (2.8～7)×10^-6、 CO₂: (0.051～1.19)%、 Rn: (0.31～18.22) kBq/m³、 Hg: (2～54) ng/m³。 土壤气H₂和Rn是揭示断层位置的有效参数之一, 在断层附近以及有陡坎的地区有明显高值异常。 通过对怀来地区新保安-沙城断裂土壤气浓度及通量地球化学研究初步确定断裂带有较高的脱气强度, 与此区域地震活动性有一定的关系。     

江汉平原长湖浮游植物初级生产力的季节性变化及其驱动因子

为探究长江中下游富营养化浅水湖泊的浮游植物初级生产力季节性演替特征及其驱动因子,本研究于2020年4月(春)、8月(夏)、10月(秋)及2021年1月(冬)对湖北长湖浮游植物进行采样调查,同时运用黑白瓶测氧法及VGPM模型估算法分别估算了其浮游植物生产力水平,并探究驱动初级生产力季节性变化的主要环境因子。结果显示,4个季节共鉴定出浮游植物194种,其中绿藻门(95种,49%)和硅藻门(40种,21%)居绝对优势地位;黑白瓶法测得浮游植物水柱总生产力(P_t)季节变化为:夏季((1841.24±345.93) mg C/(m²·d))>秋季((1324.14±208.34) mg C/(m²·d))>春季((847.50±247.72) mg C/(m²·d))>冬季((711.43±133.52) mg C/(m²·d)),其中M2站位在夏季采样时(2424.66 mg C/(m²·d))水柱总生产力最高;在垂直空间上,浮游植物总生产力(G...     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Information for authors

正SCIENCE CHINA Earth Sciences,an academic journal cosponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China,and published by Science China Press and Springer,is committed to publishing high-quality,original results in both basic and applied research.     

INTERNATIONAL RESEARCH AND TRAINING CENTER ON EROSION AND SEDIMENTATION(IRTCES)

正Director:Shangfu Kuang,China Vice-directors:Chunhong Hu,China Duihu Ning,China Guangquan Liu,China The International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation(IRTCES)was jointly set up by the Government of China and UNESCO on July 21,1984.It aims at the promotion of international exchange of knowledge and cooperation in the studies of erosion and     

Calendar of events

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Dynamic process-response model of river channel development

Feedback mechanisms, which operate upstream through drawdown and backwater effects and downstream through sediment discharge are responsible for channel evolution. By combining these mechanisms with channel processes it euables a dynamic process-response model to be developed to simulate the initial evolution of straight gravel-bed channels. When erosion commences on a land surface, sediment entrained in the headwater reach by hydraulic action is selectively transported, deposited and reworked. This produces a damped oscillation between degradation and aggradation as the channel and valley respond to spatial and temporal variations in sediment calibre and hydraulic conditions. The initial cut and fill phases are responsible for valley incision and floodplain development while secondary and subsequent activity can produce river terraces. Eventually sediment entrainment in the headwaters declines as slopes are reduced. Subsequent channel evolution is relatively insignificant because it is dependent on local weathering activity producing material that can be transported on declining slopes. Therefore landforms produced during the initial phase of development, when local weathering was non-limiting, dominate the landscape.