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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... 相似文献
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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... 相似文献
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为全面探索河流溶解性有机碳(DOC)与二氧化碳(CO2)动态及驱动因素的相关关系,以我国三峡库区河流——澎溪河为对象,于雨季和旱季采集表层水体水样,分别通过原位和室内测定,明确水文参数(水温、pH、碱度和流速)、DOC浓度和营养元素(总氮(TN)和总磷(TP))浓度,并计算水体CO2分压(pCO2)、水—气界面CO2交换通量和营养元素化学计量比(DOC:TN、DOC:TP和TN:TP)。以河流CO2、DOC和营养状态动态变化为基础,通过对DOC、TN、TP、营养元素化学计量比和荧光峰(B、T、A、M、C、D和N)与河流pCO2的多维分析建立及评估潜在的耦合关系,从而揭示特定区域河流CO2的来源与驱动因素特征。结果显示,澎溪河水—气界面CO2交换速率在3.75～22.9 m/d范围内,雨季((9.91±4.93)m/d)>旱季((6.69±4.30) m/(d),pCO2在65.95～2... 相似文献
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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 相似文献
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河流CO2排放是全球碳循环的重要组成部分。 以汉江上游流域低等级(Strahler 等级 1 ～ 3) 河流月河为研究对象,采样测定 2016 年 12 月和 2017 年 6 月的关键环境因子并计算河流 CO2分压(pCO2)。 利用统计学模型,探讨不同等级河流水环境因子的时空变化及关键控制因素。 结果表明,月河流域低等级河流 CO2约有 87% 的采样点过饱和,pCO2变化范围是 135～5960 μatm,不同等级河流环境因子和pCO2具有明显的时空差异,且河流pCO2随着河流等级的增加而增加。利用 R 语言“ggpair”函数分析显示,河流pCO2与建设用地占比、耕地占比和总氮(TN)、总磷(TP)、溶解性有机碳(DOC)浓度呈正相关,与森林用地占比、溶解氧(DO)浓度及坡度呈负相关。 对比分析不同等级河流的关键控制因素发现,低等级河流 pCO2受土地利用和环境因子共同控制,且土地利... 相似文献
6.
河流是连接大陆和海洋两大碳库的桥梁,在全球碳循环中的作用举足轻重.金沙江作为长江的上游段,对区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要.于2015年8月8-18日对金沙江下游水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析.采用顶空平衡法结合薄边界层模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并分析环境变量与其之间的相关性.研究发现,金沙江下游表层水体p(CO_2)平均值为2724.84±477.18μatm,表层水体p(CH_4)平均值为59.96±6.74μatm;水-气界面CO_2通量平均值为2.24±0.50 mmol/(m2·h),CH_4通量平均值为0.000163±0.00009 mmol/(m2·h),通量与分压趋势基本保持一致.表层水体p(CO_2)与溶解性无机碳浓度、碱度均呈显著正相关,而p(CH_4)与水温、叶绿素a浓度均呈显著正相关,CO_2通量与p(CO_2)、溶解性无机碳浓度、碱度均呈正相关,CH_4通量与p(CH_4)、风速均呈正相关,其他环境因素对通量的影响不明显,仍需进一步研究.金沙江下游水-气界面CH_4扩散通量较低,而CO_2扩散通量在世界主要河流中属于中等水平. 相似文献
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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 相似文献
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新保安—沙城断裂带土壤气地球化学特征分析 总被引：3，自引：0，他引：3
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。 相似文献
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湖泊是温室气体氧化亚氮(N2O)的潜在排放源,但由于自然环境以及人类活动的差异,其N2O排放规律也存在特殊性和地域性。为探究巢湖N2O排放通量的时空特征,利用静态暗箱-气相色谱法于2018年3月至2019年12月对巢湖不同区域(东、中、西)N2O的排放进行观测。结果表明,巢湖水体N2O年均排放通量为(25.14±55.01)μg/(m2·h),表现为N2O的“源”,且具有较为明显的时空分布规律。在时间分布上,季节变化趋势呈现“M”形模式,7月出现最小值且表现为N2O的“汇”((-12.97±16.32)μg/(m2·h)),在6月和8月为峰值,全年最大值出现在8月((68.25±78.05)μg/(m2·h)),极值均出现在夏季。在空间分布上,东、中、西3个湖区N2O排放通量差异显著(P=0.03),N2O排放通量最大值((4... 相似文献
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在河北怀涿盆地的郝家坡和小水峪布设两条测线开展了四期土壤气Rn,CO2和Hg的浓度测量,并基于此研究该盆地北缘断裂带南西段和北东段土壤气地球化学特征的空间分布差异及其与断裂活动的关系。结果显示：郝家坡剖面土壤气Rn, CO2和Hg的浓度平均值分别为8 371.16 Bq/m3,0.85%和14.82 ng/m3;小水峪剖面土壤气Rn,CO2和Hg的浓度平均值分别为2 813.18 Bq/m3,0.42%和13.08 ng/m3,可见郝家坡地区土壤气Rn,CO2和Hg的浓度平均值均高于小水峪地区,这种浓度空间分布的差异性可能是断裂活动性和断裂破碎程度不同所致。对区域土壤Hg浓度(total mercury,简称为THg)与土壤气测量浓度的对比分析可知,深层THg浓度与土壤气Rn,CO2和Hg浓度在空间分布上具有一定的一致性,且高值异常点分布于断裂带附近。结合区域定点前兆观测数据及地震活动性分析... 相似文献
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内陆水域二氧化碳(CO2)排放是全球碳平衡的重要组成部分,全球CO2排放通量估算通常有很大不确定性,一方面源于CO2排放数据观测的时空离散性,另一方面也是缺少水文情景与CO2排放通量关联性的研究.本文观测了2018年洪泽湖不同水文情景表层水体CO2排放通量特征,并探讨其影响因素.结果表明,洪泽湖CO2排放通量为丰水期((106.9±73.4) mmol/(m2·d))>枯水期((18.7±13.6) mmol/(m2·d))>平水期((5.2±15.5) mmol/(m2·d)),且碳通量由丰(310.2~32.0 mmol/(m2·d))、枯(50.8~2.2 mmol/(m2·d))、平(-17.3~39.8 mmol/(m2·d))3种水文情景的交替表现出湖泊碳源到弱碳汇的转变,空间上CO2排放通量总体呈现北部成子湖区低、南部过水湖区高的分布趋势.洪泽湖CO2排放对水文情景响应敏感,特别是上游淮河流域来水量的改变,是主导该湖CO2排放时空分异的重要因子.丰水期湖泊接纳了淮河更多有机和无机碳的输入,外源碳基质的降解和矿化显著促进了水体CO2的生产与排放,同时氮、磷等营养物质的大量输入,加剧了水体营养化程度,进一步提高CO2排放量,间接反映出人类活动对洪泽湖CO2变化的深刻影响.平、枯水期随着上游淮河来水量的减少,驱动水体CO2排放的因素逐渐由外源输入转变为水体有机质的呼吸降解.此外,上游河口区DOM中陆源类腐殖质的累积与矿化能够促进CO2的排放,而内源有机质组分似乎并没有直接参与CO2的排放过程.研究结果揭示了水文情景交替对湖库CO2排放的重要影响,同时有必要进行高频观测以进一步明晰湖泊的碳通量变化及其控制因素. 相似文献
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三峡水库澎溪河消落区土-气界面CO2和CH4通量初探 总被引：1，自引：0，他引：1
水库近岸湿地(消落区)温室气体(CO2、CH4)产汇是水库温室气体效应问题的重要组成部分.本文以三峡水库支流澎溪河的白家溪、养鹿两处大面积消落区为研究对象,于2010年6 9月水库低水位运行期间,对近岸消落区土-气界面CO2、CH4通量进行监测.白家溪消落区土-气界面CO2通量均值为12.38±2.42 mmol/(m2·h);CH4通量均值为0.0112±0.0064 mmol/(m2·h).养鹿消落区CO2、CH4通量均值分别为10.54±5.17、0.14±0.16 mmol/(m2·h).总体上,6 9月土-气界面CO2通量呈增加趋势,而CH4通量水平呈现显著的递减趋势.消落区土地出露后植被恢复,在一定程度上促进了土壤有机质含量的增加,使得6 9月CO2释放通量的总体趋势有所增加.消落区退耕后,其甲烷氧化菌的活性得到恢复,加之在土地出露曝晒过程中土壤透气性增强,使得消落区土壤对大气中CH4吸收氧化潜势增强.尽管如此,仍需进一步的研究以明晰消落区土-气界面CO2、CH4产汇的主要影响因素. 相似文献
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三峡水库澎溪河流域高阳回水区夏季水体CO2分压日变化特性 总被引：3，自引：0，他引：3
水柱中CO2分压(pCO2)的时空分布在一定程度上可反映水中碳的环境地化特征.本研究在夏季分层期间对三峡水库澎溪河(小江)流域高阳回水区段进行了昼夜连续观测发现,恒定的温跃层中pCO2随水深增加而显著增大,表层0.5 m处pCO2均值为152±71μatm,而在水深10.0 m处pCO2均值为4568±1089μatm,同水温、pH及DO存在明显的负相关关系,进一步分析认为水温等将影响微生物、浮游植物的代谢过程及水气界面对流传输,进而对pCO2分布产生影响.对水气界面CO2扩散通量的估算结果表明,夏季分层期间高阳水域总体上表现为CO2的汇,其对大气CO2的吸收量最大值于15:00左右,达到-0.33 mmol/(m2.h);最弱在次日凌晨3:00左右,吸收量仅为-0.17 mmol/(m2.h). 相似文献
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固定化氮循环细菌修复城市湖泊水体脱氮效果及N2O排放 总被引：4，自引：0，他引：4
利用从镇江金山湖天然水体中筛选分离出的土著氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌,将氮循环细菌固定化后在金山湖示范工程区进行水体脱氮净化效果研究.结果表明,运行一段时间后水质明显得到改善,氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮以及总氮浓度均显著下降,氨氮浓度指标达到国家水质Ⅰ类标准,总氮浓度指标达到水质Ⅱ类标准.同时,对湖泊水体的N_2O气体排放通量进行了检测,结果显示,随着实验的进行,金山湖区的N_2O气体排放通量逐渐升高,4月份的平均值为23,51μg/(m~2·h)、5月份的平均值为29.52μg/(m~2·h)、6月份的平均值为59.10μg/(m~2·h).水质氮素指标以及N_2O气体排放通量数据说明利用微生物固定化载体强化净化技术对城市湖泊水质净化具有显著效果和重要意义. 相似文献
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怀安盆地北缘断裂东段土壤气体地球化学特征 总被引：5，自引：0，他引：5
活动断裂带的土壤气体地球化学测量在活动断裂危险性评价方面起着重要作用。 本文讨论了怀安盆地北缘断裂东段的土壤气体地球化学特征及其构造意义。 我们于2012年7月和2013年6月在怀安盆地北缘断裂东段的羊窖沟以及张家窑两地现场测量了土壤气体组分的浓度和通量。 测量结果表明: ① 断裂带土壤气H2、 Rn、 CO2和Hg浓度空间分布曲线呈现双峰模式, 且断裂下盘土壤气的Rn、 CO2和Hg浓度较上盘的高; H2、 Rn、 CO2和Hg浓度平均值分别是4.61 ppm、 4.81 k Bqm-3、 0.38%和9 ngm-3; 土壤气Rn和CO2的通量平均值分别是6718 Bqm-2d-1和49.83 gm-2d-1; ② 土壤气Rn和CO2在两个测区脱气强烈, 羊窖沟地区土壤气CO2、 Rn和Hg浓度平均值以及土壤气Rn和CO2通量值较张家窑地区高。 这些结果可能是两个测区断裂活动性差异引起的。 相似文献
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对首都圈地区跨18条活动断裂的35条剖面进行了土壤气浓度和通量测量, 结果显示: 各测量剖面土壤气Rn, Hg和CO2的浓度平均值分别为3.2—45.0 kBq/m3, 3.9—24.9 ng/m3和0.154%—2.175%; 其通量平均值分别为3.8—152.1 mBq/(m2·s), 0.1-42.6 ng/(m2·h)和8.5—89.4 g/(m2·d)． 研究区土壤气Rn, Hg和CO2的浓度和通量均呈东高西低的变化趋势, 与首都圈地区由西至东应力水平增高、 地壳厚度逐渐减薄、 沉积层厚度增大、 地震活动逐渐增强等趋势相对应, 这表明首都圈地区土壤气的区域地球化学特征主要受控于上地壳物质结构、 深部气体补给和地震活动, 同时也受到自然环境及土壤类型的影响． 相似文献
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Hiroshi Ishida Lars G. Golmen Julia West Martin Krüger Patricia Coombs John Arthur Berge Tastuo Fukuhara Michimasa Magi Jun Kita 《Marine pollution bulletin》2013
Carbon capture and storage (CCS) methods, either sub-seabed or in ocean depths, introduces risk of CO2 leakage and subsequent interaction with the ecosystem. It is therefore important to obtain information on possible effects of CO2. In situ CO2 exposure experiments were carried out twice for 10 days during 2005 using a Benthic Chamber system at 400 m depth in Storfjorden, Norway. pCO2 in the water above the sediment in the chambers was controlled at approximately 500, 5000 and 20,000 μatm, respectively. This article describes the experiment and the results from measured the biological responses within the chamber sediments. The results show effects of elevated CO2 concentrations on biological processes such as increased nanobenthos density. Methane production and sulphate reduction was enhanced in the approximately 5000 μatm chamber. 相似文献
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郯庐断裂带江苏段地区4个剖面进行了土壤气Rn体积活度和CO_2浓度测量结果显示,自北向南土壤气Rn体积活度均值分别为22.9kBq/m^3、35.5kBq/m^3、40.2kBq/m^3、26.6kBq/m^3;自北向南土壤气CO_2浓度均值分别为0.669%、0.400%、0.503%、1.109%。土壤气Rn体积活度和CO_2的浓度在空间分布上具有较好的一致性,这可能与CO_2是Rn的载气有关。综合分析土壤气Rn和CO_2测量结果以及水准资料可得,2017年土壤气Rn高值出现在晓店段可能与区域应力应变调整有关。本研究不仅为研究区以后的土壤气研究提供了参考,同时也可为研究区的构造活动研究提供地球化学资料参考。 相似文献
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内陆水体是大气CO2收支估算的重要组成部分。农业流域分布着大量池塘景观水体,且具备蓄洪抗旱、消纳污染、水产养殖等多种功能。但是,农业流域不同功能的小型池塘CO2排放特征尚不清楚。本研究以极具农业流域代表性的烔炀河流域为研究对象,选取流域中用于水产养殖(养殖塘)、生活污水承纳(村塘)、农业灌溉(农塘)、蓄水(水塘)的4个功能不同的景观池塘,基于为期1年的野外实地观测,以明确农业流域小型池塘CO2排放特征。结果表明,不同功能池塘水体CO2排放差异显著,受养殖活动、生活污水输入和农田灌溉等人类活动影响,养殖塘((80.37±100.39) mmol/(m2·d))、村塘((48.69±65.89) mmol/(m2·d))和农塘((13.50±15.81) mmol/(m2·d))是大气CO2的热点排放源,其CO2排放通量分别是自然蓄水塘((4.52±23.26) mmol/(m2·d))的18、11和3倍。统计分析也表明,该流域池塘CO2排放变化总体上受溶解氧、营养盐等因素驱动。4个不同景观池塘CO2排放通量全年均值为(37.31±67.47) mmol/(m2·d),是不容忽视的CO2排放源,其中养殖塘和村塘具有较高的CO2排放潜力,在未来研究中需要重点关注。 相似文献