三峡澎溪河水域CO2与CH4年总通量估算

以2010年6月~2011年5月三峡澎溪河回水区CO₂与CH₄通量监测数据为基础,参考澎溪河高阳平湖水域全年4次的24 h昼夜连续跟踪观测结果,对每月各采样点的日通量值进行估算。提出了水下地形划分法和环境因素控制法,将各采样点日通量数据外延至整个回水区水域,并估算了澎溪河回水区水域CO₂与CH₄年总通量值。研究期间,澎溪河回水区全年各采样点CO₂通量均值为(3.05±0.46)mmol/(m2·h);CH₄为(0.050 1±0.009 6)mmol/(m2·h)。以水下地形法为基础,该水域全年CO₂和CH₄总通量分别为40 060.5 t和540.9 t;以环境因素控制法为基础,全年CO₂与CH₄总通量分别为39 073.0 t和467.2 t。以环境要素控制法为参考,该水域CO₂全年平均释放强度为43.26 mmol/(m2·d),在全球水库数据序列中处于中等略偏高水平,CH₄全年平均释放强度为1.42 mmol/(m2·d),在全球水库序列中处于中等水平。     

三峡水库澎溪河春季水华期p(CO2)及影响因素分析

在三峡水库澎溪河回水区春季水华连续暴发期间(2010年4月10日至5月25日),对渠马至河口总计5个采样断面进行监测。结果表明水华期间水体叶绿素a(Chla),溶解氧(DO)及CO₂分压(p(CO₂))分层现象明显,表层水体受浮游植物光合作用的影响p(CO₂)较低,并且日照充足时,水体为CO₂的汇。研究期间表层水体p(CO₂)最小值出现在4月25日双江断面,为4.3Pa,吸收通量为-0.28 mmol/(m2·h)。p(CO₂)随水深迅速增加,并在10～15m趋于稳定。偏最小二乘回归分析(PLS)表明澎溪河水华期间,浮游植物的生长代谢是控制p(CO₂)的关键因素,水温与p(CO₂)负相关,但并不构成对p(CO₂)的绝对影响。通过引用Ep(CO₂)/ADO参数,观测到了澎溪河水体水华暴发的3个阶段,期间澎溪河表层水体经历了从碳汇到碳源最后又回到碳汇的过程。     

接触变质条件下变碳酸岩CO2释放与定量计算——以郯庐断裂南段肥东县双山为例

为了探讨接触变质带内变碳酸盐岩变质过程CO₂释放的数量和排放CO₂的物理、化学及地质条件,根据递进变质反应和时间积分流体通量模型,定量分析和定量计算了双山地区变碳酸盐岩在接触变质作用中释放CO₂的通量。计算结果得到CO₂的通量值为0.729×104~2.446×104 mol/cm2,CO₂的来源以接触变质反应释放为主;CO₂的生成释放与变质程度呈正相关关系。自白云石带至方解石带变质流体中X_CO2不断升高,但钙铝榴石带由于岩浆水影响,流体通量最高而X_CO2急剧下降。      

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量有助于准确估算该区域的土壤CO₂排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO₂通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO₂的源, 土壤CO₂通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m^-2·h^-1. 土壤CO₂年排放总量为1 429.88 g·m^-2, 年均通量为163.23 mg·m^-2·h^-1; 其中, CO₂通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO₂通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO₂通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q₁₀值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO₂排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视.     

2012—2013年重庆雪玉洞洞穴系统碳循环特征

重庆雪玉洞洞内CO₂浓度之高,在国内外皆罕见,但此洞穴系统碳循环特征及控制因素仍不清楚.利用土壤二氧化碳分压(P_CO2-soil)、洞内大气二氧化碳分压(P_CO2-cave)、地下河水二氧化碳分压(P_CO2-eq)、方解石饱和指数(SIc)、地下河水溶解无机碳同位素(δ13C_DIC)等指标来研究雪玉洞洞内CO₂浓度变化、控制因素以及地下河对洞内碳循环的影响.结果表明:雪玉洞上覆P_CO2-soil雨季高,旱季低;降雨量是控制上覆P_CO2-soil的重要因子.雪玉洞P_CO2-cave变化规律明显,暖季高,冷季低;温度变化导致洞内外气流频繁交换是P_CO2-cave突变的重要原因,地下河水CO₂脱气能够在短时间内让P_CO2-cave上升到较高值.雨季由于土壤CO₂效应,地下河水具有低SIc、高P_CO2-eq特性,矿化度较高,并且部分月份地下河水具有溶蚀性;旱季由于土壤CO₂效应及降雨较少,地下河水呈现高SIc、低P_CO2-eq特性,矿化度较低,以沉积为主.      

CO2/N2二元气体对甲烷在煤中吸附影响的分子模拟研究

二元气驱技术(CO₂/N₂-ECBM)已成为煤层气增产的重要手段,明确CO₂/N₂在煤层中的竞争吸附规律以及对煤层物性的影响具有重大意义。利用分子模拟软件Materials Studio建立延川南煤层气实际区块温度、压力条件下的煤分子模型。基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究CO₂/N₂交替驱替煤层气技术中各注入阶段对CH₄吸附的影响,明确CO₂、N₂对煤层孔渗物性的影响规律。结果表明:在CO₂注入阶段,煤层中甲烷迅速解吸;煤中气体吸附总量上升,煤基质膨胀效应增强,导致煤的孔隙体积降低。而转N₂注入后,由于N₂分压作用使得CH₄、CO₂吸附量呈现出不同程度的降低;当ω_N2/ω_CO2≤0.6时煤分子中气体总吸附量迅速降低,而当N₂饱和吸附后气体总吸附量保持稳定。煤层孔渗物性随着气体吸附总量呈现出迅速增大后趋于平缓的趋势。此外,ω_N2/ω_CO2>0.6后N₂吸附率迅速降低,这会使得产出气中CH₄纯度较低,导致后期提纯成本大大增加。因此,当ω_N2/ω_CO2=0.6左右时,CH₄解吸量为最大值,煤孔隙率较高,最有利于煤层气的开发。      

秋季黄河pCO2控制因素及水-气界面通量

根据2006年11月1~10日,秋季黄河平水期二氧化碳分压(pCO₂)的现场实测数据及相关同步观测资料,对黄河表层水pCO₂的分布及其影响因素进行了研究。结果表明:水体pCO₂在80~166Pa,平均值110Pa,在世界主要河流中属中等偏下水平;空间分布存在较大的不均匀性,中游高于上游和下游。浮游植物的光合作用对pCO₂有一定的影响但强度较弱,即使在叶绿素最高值3.58μg/L的包头站pCO₂仍达到91Pa。黄河水体有机物含量较低且继承了陆源有机物难降解的特性,干流和库区EpCO₂/AOU的比值为0.14和0.20,远低于生物好氧呼吸作用控制水体pCO₂的理论下限0.62,因此,生物好氧呼吸作用对水体pCO₂的贡献不大。悬浮物(TSS)含量为3.77~1308mg/L,溶解无机碳(DIC)含量为3.03~4.14mmol/L,普遍高于世界其它河流且最大值均出现在潼关站;同时水体pCO₂与TSS、PIC、DIC含量具有极好的正相关性。因此黄河流域强烈的机械侵蚀和化学风化作用形成的碳酸盐体系是控制水体pCO₂的主要因素。利用Wanninkhof提出的淡水水-气交换系数的通量模式估算,黄河水域水-气界面CO₂交换速率约为0.229μmol/m2·s,秋季可向大气释放CO₂14.5亿moL,相当于8250km2草原或是112km2森林一年的固碳量。黄河CO₂释放通量与渥太华河相近,但要远小于亚马逊河。     

贵州麻黄洞空气CO2与上覆土壤空气CO2相关性研究

CO₂作为岩溶作用的驱动力,在岩溶作用中起着关键作用。岩溶区特有的地上地下二元结构表明,洞穴系统作为地下空间的窗口,对其CO₂及δ¹³C_CO2研究是十分必要的。本研究对贵州绥阳麻黄洞上覆土壤空气CO₂、洞穴内部和外部大气参数以及CO₂浓度和δ¹³C_CO2进行了为期12个月的监测,监测结果表明:（1）麻黄洞洞穴空气和上覆土壤空气CO₂与δ¹³C_CO2均呈现出明显的时空变化规律,表现出雨季CO₂浓度高、δ¹³C_CO2偏轻,旱季CO₂浓度低、δ¹³C_CO2偏重的特征。（2）土壤CO₂是内源性CO...     

温度对青藏高原高寒灌丛CO2通量日变化的影响

应用涡度相关技术连续监测的CO₂通量及温度数据(2003年1月1日至2004年12月31日),分析了青藏高原高寒灌丛净生态系统CO₂交换(NEE)日变化与温度之间的关系.结果表明:1)在暖季夜间(21:00至次日06:00时)温度与NEE变化呈显著正相关关联,而白昼(07:00~20:00时)NEE变化与温度无显著关联;2)在冷季不论夜间还是白昼,NEE变化均与温度密切相关,温度是决定冷季高寒灌丛生态系统CO₂交换的主要因素.在全球气候变暖背景下,青藏高原气候变化呈现出冬季增温率明显高于春、夏季特征,未来气候变暖导致的增温效应可能会加速青藏高原高寒灌丛生态系统CO₂排放,使其作为碳汇的能力而减弱.     

石漠化治理区表层岩溶泉流量衰减分析及无机碳通量估算——以重庆酉阳龙潭槽谷老泉为例

应对“双碳”目标,加强岩溶石漠化综合治理工作,地下水是关键。为探究重庆市酉阳县龙潭槽谷石漠化治理区岩溶泉的流量衰减及无机碳通量变化特征,采用流量衰减方程与水化学径流法对研究点老泉进行模拟与分析。结果表明：(1)老泉的流量衰减分为两个亚动态,衰减系数分别为0.089 2、0.019 6,其具有双重性含水介质特征。(2)暴雨期老泉的碳通量随流量变化的特征明显;而伏旱期(7月底-8月底)老泉的碳通量与土壤CO₂、泉水CO₂均具有明显的昼夜变化特征,表现为夜间低、日间高。(3)老泉夏季的碳通量与降水量呈正相关(R=0.78),与蒸发量呈负相关(R=-0.36),气候的不稳定性变化对碳通量影响显著。老泉的月HCO^-₃浓度与月土壤CO₂浓度的相关系数为0.64,HCO^-₃敏感地响应土壤CO₂的变化;而老泉年碳通量与年土壤CO₂浓度的相关系数为0.90,且年均δ¹³C_DIC...     

Advances in Seasonal Variations and Controls of the Air-sea CO2 Flux in the South China Sea

Marine carbon cycle of the South China Sea is an important part of global carbon cycle. Researches on the air-sea CO₂ flux in the South China Sea will help us understand the global carbon cycle and improve the global carbon system parameter database. This paper concisely summarized the changes of partial pressure of CO₂ (pCO₂), air-sea CO₂ fluxes (FCO₂), and related environmental factors in four regions in domains in the South China Sea. The low-salinity area of the upper reaches of the Pearl River estuary in the northern of South China Sea shelf area acted as a strong source of atmospheric CO₂, with high pCO₂（405.3~810.6 Pa）all year round. The lower area of the Pearl River estuary (salinity > 33.7) acted as a weak sink of CO₂ in winter, with relatively low pCO₂ （35.2~37.0 Pa). The northern slope/basin in the South China Sea acted as a source of CO₂ in warm seasons with a relatively high pCO₂ (45.0 Pa), and acted as a sink of CO₂ in cold seasons with a relatively low pCO₂ (34.7 Pa). The west of the Luzon Strait acted as a sink of CO₂ in spring, while it acted as a source of CO₂ in other seasons, with relative high pCO₂ (38.4~47.5 Pa) in winter. The central/southern basin in the South China Sea acted as sources of CO₂, with relative high pCO₂ (41.0 Pa) all the year. Generally, the estimation of annual sea-air CO₂ fluxes showed that most domains in the South China Sea served as weak sources of atmospheric CO₂. In the future, more researches should be focused on the time-series of sea surface pCO₂ and the remote sensing of the sea-air CO₂ fluxes.     

Thermodynamic modelling of C–O–H fluids

H₂O, CO₂, CH₄, CO, H₂ and O₂ are the most important species in crustal fluids. The composition of these C–O–H fluids can be calculated if the pressure, temperature, carbon activity, and either the oxygen fugacity or the atomic H/O ratio of the fluid is known. The calculation methods are discussed and calculation results are illustrated with isobaric T–X_i, P–T, and isobaric–isothermal ternary C–O–H diagrams. Fluid inclusion compositions, in particular, the X_CO2/(X_CO2+X_CH4) ratio, can be used for C–O–H model calculations. However, care should be taken about possible post-entrapment changes, which may have modified the chemical composition of the fluid inclusion.     

天山乌鲁木齐河上游径流极值变化分析研究

以天山乌鲁木齐河上游作为研究对象, 结合乌鲁木齐河上游近50 a的实测月均径流变化资料, 对未来的月均径流进行了预测. 基于对重现水平的95%置信区间进行估计的结果表明, 乌鲁木齐河上游重现期为10 a、25 a、50 a和100 a的月均径流量极大值分别约为35.4 m³·s^-1、39.9 m³·s^-1、43.2 m³·s^-1和46.3 m³·s^-1;重现期为10 a、25 a、50 a和100 a的月均径流量极小值分别约为0.60 m³·s^-1、0.43 m³·s^-1、0.30 m³·s^-1和0.18 m³·s^-1. 在当前气候变化背景下, 乌鲁木齐河上游在2058年前后枯水期时可能发生断流现象. 该研究对乌鲁木齐河径流变化预测具有重要意义.     

The Impact of China’s Investment on Economic Growth and Carbon Emission Intensity in the “Belt and Road”

Increasing green investment is one of the important ways to promote sustainable development in the Belt and Road (B&R) region. We predicted the effects of China’s investments on the CO₂ emission patterns in B&R areas under the scenarios of No-Investment (NIS), Business-as-usual Investment (BIS) and the Strengthening Investment Scenario (SIS) based on the improved Solow model and a CO₂ intensity model. The results reveal that the GDP of B&R region will cumulatively increase by 45.16 and 97.02 trillion USD, and the CO₂ will cumulatively decrease by 44.16 and 79.47 Gt by 2100, respectively, under BIS and SIS, compared with NIS. The cumulative decrease of CO₂ emissions, 44.16 and 79.47 Gt, will lead to global CO₂ concentration decrease by approximately 2.41 mL/m³ and 4.33 mL/m³ in 2100, respectively. Regionally, China’s investments have the most obvious role in promoting the economic development and CO₂ emission reductions of Southeast Asia and its surrounding areas. In the short term (2017-2050), China's investment may lead to a small increase in CO₂ emissions in Southeast Asia and its surrounding areas, India and the Central and Eastern Europe, but in the long term (2017-2100), China's investment will promote the reduction of CO₂ emissions in all regions, especially in Southeast Asia and surrounding areas and the Middle East Central Asia region. This shows that China's investment is conducive to promoting the green development of the B&R regions.     

东海海—气界面二氧化碳通量的季节变化与控制因素研究进展

通过对东海海—气界面二氧化碳(CO2)交换有关研究的总结,剖析了东海表层海水CO2分压(pCO2)的区域分布特征,探讨了海—气界面CO2通量(FCO2)的季节变化规律,诠释了影响海—气界面CO2转移的主要因素.结果表明,东海表层海水pCO2的区域分布具有明显的季节变化,可将其分为冬季、夏季、过渡季节(春季、秋季)3个时段.冬季西部近岸海域由于水体垂直交换强烈,造成表层水体pCO2较高,而中、东部陆架海域由于浮游生物的光合作用使得pCO2较低.夏季近岸河口海域由于陆源输入的影响导致pCO2较高,中、东部陆架海域受温跃层、长江冲淡水、浮游植物的综合作用pCO2较低.春季、秋季为过渡时段,表层海水pCO2分布变化剧烈,受控因素较为复杂.东海全年表现为大气CO2的净汇,其中冬、春、夏为碳汇,其海—气界面FCO2分别为(-6.68±6.93),(-4.94±0.80),(-3.67±1.09)mmol/(m2·d).秋季表现为碳源,通量约为(1.50±8.37)mmoL/(m2·d).东海全年平均通量约为-3.16 mmol/(m2·d),共可吸收CO2约为6.92×106 t C/a.不同季节海—气界面FCO2的年际变化凸显了人为因素的影响,近海富营养化加剧,三峡工程的运行都可能是造成东海冬季碳汇量减少、秋季碳源/汇格局转变的原因.     

深部咸水层CO2地质封存数值模拟参数的全局敏感性分析:以苏北盆地盐城组为例

基于对苏北盆地盐城组下段砂岩储层概化建立二维径向剖面模型,运用TOUGH2/ECO2N程序模拟深部咸水层中CO₂迁移分布过程。采用定性(Morris法)和定量(Sobol和EFAST法)全局敏感性分析方法,以储层中注入井处的压力、气相CO₂总量及CO₂气相羽扩散距离作为模型响应变量,对储层的水平渗透率、孔隙度、残余液体饱和度、孔隙分布指数、压缩系数、进气压力的倒数和盐度7个参数进行全局敏感性分析,讨论了咸水层的水文地质参数、盐度及其他模型参数对CO₂封存运移泄漏过程的影响。Morris和Sobol法的敏感性分析结果都表明,对于不同的响应变量,参数的敏感性排序不同：以注入井处的压力为响应变量时,孔隙度的敏感性最高;以气相CO₂总量和CO₂羽扩散距离为响应变量时,水平渗透率的敏感性最高。EFAST 1阶及总敏感度分析结果与Sobol分析结果基本一致,但EFAST法相对Sobol法计算更高效稳健,需要的样本数较少。