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1.
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
2.
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. 相似文献
3.
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... 相似文献
4.
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... 相似文献
5.
气泡释放是天然水体释放CH4的主要途径之一,准确量化水体气泡释放量对于辨析其“汇、源”特性至关重要。自然水体释放气泡的不连续性、不确定性使得监测其过程较为困难。本研究针对水体气泡释放监测难题,通过改进倒置漏斗型气泡通量监测装置提出了一种气泡释放过程连续监测方法。本方法测量对象为定长时间监测水域释放气泡的体积,经室内外实验验证,其理论量程为3.6～132 mL/(m2·min),测量结果能够较好的表征10～40 m水深缓流水体气泡体积通量变化特征。运用该方法于2021年6—11月对三峡水库支流香溪河库湾开展CH4气泡通量连续监测,并分析不同环境因子对其产生的影响。结果表明:监测期间,研究水域CH4气泡通量变化范围为0.02～8.13 mg/(m2·d),且各采样点间CH4气泡通量呈现较高的时空变异性;CH4气泡通量与水温、水体pH呈显著正相关关系,与水深及水体电导率呈显著负相关关系。其中,水深可能是决定水体是否通过气泡形式释放CH4的重... 相似文献
6.
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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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
8.
双碳”背景下,我国能源结构面临持续转型发展。作为清洁可再生能源,水电开发是近年来长江上游水资源开发利用的重点工作。然而,筑坝蓄水将在一定程度上改变区域碳排放情况。评估水库碳排放量是客观、科学认识水电清洁能源属性的基础,是国家温室气体清单的一个重要组成部分。基于IPCC国家温室气体清单指南层级1(Tier 1)的方法,以长江上游24个中、大型水库为案例,探讨长江上游典型水库生命周期内的碳排放量,并通过蒙特卡洛模拟对估算结果进行不确定性分析及模型参数的敏感性分析。结果显示,24个水库的生命周期碳排放量分布在0.0342～140.59 Tg CO2eq的区间内,总排放量达到264.05 Tg CO2eq(其中,CO2排放量占9.12%,CH4排放量占90.88%),单位发电量的碳排放均值为3.30 g CO2eq/(kW·h)(0.01～17.64 g CO2eq/(kW·h)),最小、最大值分别出现在锦屏二级水库和彭水水库。此外,敏感性分析发现,在模型涉及的参... 相似文献
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CO2浓度升高对稻田生态系统碳(C)氮(N)循环具有重要作用,阐明CO2浓度升高对稻田CH4和N2O排放的影响是农业生产应对全球气候变化的重要组成部分.文章采用Meta分析的方法,讨论了不同CO2浓度升高状况和田间管理措施条件下CO2浓度升高对稻田CH4和N2O排放的影响,结果可为未来气候条件下稻田温室气体减排提供参考.结果表明:整体平均而言,CO2浓度升高显著增加稻田CH4排放(增幅为23%,P<0.05),同时显著降低稻田N2O排放(降幅为22%,P<0.05).CO2浓度升高对稻田CH4和N2O排放的影响程度与CO2熏气年限和CO2浓度梯度有关.CO2熏气年限≥10a时,CO2浓度升高同时显著降低稻田CH4和N2O排放,降幅分别为27%和53%(P<0.05);随CO2浓度梯度上升,CO2浓度升高对稻田CH4排放的促进作用呈现先减弱后增强的趋势,而对稻田N2O排放的影响则由促进作用变为抑制作用.不同N肥施用量、秸秆还田、水分管理和水稻品种等田间管理措施不同程度地影响稻田CH4和N2O排放对CO2浓度升高的响应.无秸秆和半量秸秆还田时,CO2浓度升高显著促进稻田CH4排放(增幅分别为27%和49%,P<0.05),而全量秸秆还田时,CO2浓度升高对稻田CH4排放无显著影响(P>0.05);随秸秆还田量的增加,CO2浓度升高对稻田N2O排放的抑制作用不断增强.对比持续淹水,间歇灌溉条件下CO2浓度升高减弱了对稻田CH4排放的促进作用,却增强了对稻田N2O排放的抑制作用.未来CO2浓度升高条件下,建议推广全量秸秆还田和间歇灌溉相结合的稻田管理措施,并辅以优化N肥管理和选育"高产低排"水稻品种等方法,达到最优的"增产减排"效果.此外,有必要进行多尺度、多要素和多方法的综合研究,以期有效降低稻田CH4和N2O排放对CO2浓度升高响应的不确定性. 相似文献
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稳定分层的深水水库常在冬季发生“翻库”现象,继而导致水库的整体水质下降,影响饮用水安全问题。为探究南方水库热分层消亡时期水体混合特征,在冬季2019年11月—2020年2月对南宁市天雹水库水体理化指标开展长序列原位监测,并结合水体垂直扩散系数,分时期(热分层期、减弱期、完全混合期、形成期)刻画水库热分层消亡全过程中水温T、溶解氧DO的剖面变化特征,探讨了气象因子(气温、太阳辐射、风速等)与水动力因子(水体垂直扩散系数Kz)对水体理化指标的影响。结果显示:桉树人工林区水库热分层消亡期温度分层与溶解氧分层变化不同步,溶解氧分层的破坏较水温分层的破坏出现滞后,其结构失稳是气温及太阳辐射共同作用的结果;期间水体垂直扩散系数变化范围0.16～380.36 m2/d,均值为30.46 m2/d,表层Kz变化的主要控制因子为气温变化,且较T及DO而言,表层Kz对气温的变化更加敏感(RKz=-0.44,RT=0.25,R 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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三峡水库澎溪河水-气界面CO2、CH4扩散通量昼夜动态初探 总被引：6，自引：2，他引：4
三峡水库温室气体效应近年来备受关注.为揭示三峡水库典型支流澎溪河水-气界面CO2和CH4通量的昼夜动态规律,明晰短时间尺度下该水域温室气体释放的影响因素,在2010年6月至2011年5月的一个完整水文周年内,选择4个具有代表性的时段(2010年8、11月和2011年2、5月)对澎溪河高阳平湖水域开展昼夜跟踪观测.结果表明:2010年8、11月和2011年2、5月4次采样的CO2日总通量值分别为-8.34、73.94、28.13和-20.12 mmol/(m2·d),相应的CH4日总通量值分别为2.22、0.11、0.32和7.16 mmol/(m2·d),不同时期昼夜变化明显.研究水域CO2和CH4通量过程不具同步性:CO2昼夜通量变化可能更显著地受到水柱光合/呼吸过程的影响,但瞬时气象过程(水汽温差、瞬时风速等)在高水位时期亦可对CO2通量产生显著影响;CH4昼夜通量变化与水温条件改变更为密切. 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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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
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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(Pt)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... 相似文献
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外源引水等水力调控措施常用于湖泊水环境综合整治中,作为人类施加到湖泊显著的外界活动,其对湖泊甲烷(CH4)扩散通量的影响鲜有报道.贡湖湾作为"引江济太"工程长江来水进入太湖的第一站,其CH4通量变化是对水力调控的最好响应.基于2011年11月至2013年8月逐月的野外观测表明,贡湖湾平均CH4扩散排放量为0.073 mmol/(m2·d),显著高于参考水域(湖心区) CH4排放量(均值:0.017 mmol/(m2·d)).贡湖湾不同站点间CH4通量也表现出显著差异,但湖心区域无此现象.贡湖湾和湖心2个区域的CH4扩散通量均有明显的时间变化,且与水温呈显著正相关.但因受到外源来水的影响,贡湖湾CH4通量时间变化的温度依赖性相对较低.总体上外源引水显著提高了湖体CH4排放量,考虑到湖泊CH4通量受内部因子和外部因子的综合协调影响,其潜在的控制机制还需要进一步探讨. 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通量受气温、水温、辐射和风速等气象要素影响,与水质参数间的关系不显著;在季节尺度上,CH4通量与温度(气温、水温)、水体营养盐水平、叶绿素a浓度及富营养化程度的时间变化相一致,也随着水体透明度、pH和氧化还原电位的减小而呈增加的趋势。本研究为准确估算城市湖泊CH4排放量提供重要的数据基础。 相似文献
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We present an uncertainty analysis of ecological process parameters and CO2 flux components (R
eco, NEE and gross ecosystem exchange (GEE)) derived from 3 years’ continuous eddy covariance measurements of CO2 fluxes at subtropical evergreen coniferous plantation, Qianyanzhou of ChinaFlux. Daily-differencing approach was used to
analyze the random error of CO2 fluxes measurements and bootstrapping method was used to quantify the uncertainties of three CO2 flux components. In addition, we evaluated different models and optimization methods in influencing estimation of key parameters
and CO2 flux components. The results show that: (1) Random flux error more closely follows a double-exponential (Laplace), rather
than a normal (Gaussian) distribution. (2) Different optimization methods result in different estimates of model parameters.
Uncertainties of parameters estimated by the maximum likelihood estimation (MLE) are lower than those derived from ordinary
least square method (OLS). (3) The differences between simulated Reco, NEE and GEE derived from MLE and those derived from OLS are 12.18% (176 g C·m−2·a−1), 34.33% (79 g C·m−2·a−1) and 5.4% (92 g C·m−2·a−1). However, for a given parameter optimization method, a temperature-dependent model (T_model) and the models derived from
a temperature and water-dependent model (TW_model) are 1.31% (17.8 g C·m−2·a−1), 2.1% (5.7 g C·m−2·a−1), and 0.26% (4.3 g C·m−2·a−1), respectively, which suggested that the optimization methods are more important than the ecological models in influencing
uncertainty in estimated carbon fluxes. (4) The relative uncertainty of CO2 flux derived from OLS is higher than that from MLE, and the uncertainty is related to timescale, that is, the larger the
timescale, the smaller the uncertainty. The relative uncertainties of Reco, NEE and GEE are 4%−8%, 7%−22% and 2%−4% respectively at annual timescale.
Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 30570347), Innovative Research International Partnership
Project of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. CXTD-Z2005-1) and National Basic Research Program of China (Grant No.
2002CB412502) 相似文献
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Concentrations of CH4 and the rates of processes of its transformation and oxidation are evaluated in the littoral zone of a large polimictic reservoir in the open-water period. The production of CH4 in bottom sediment was found to vary within 0.07 to 17.32 mmol/(m2 day) and attain its maximum in the late summer. The main factors to control the activity of methanogens were found to be the temperature and the availability of substrates (acetate and H2/CO2). The newly formed methane was oxidized in the top soil layer with a rate of 0.09–17.15 mmol/(m2 day). The rates of processes of biogenic production and consumption of CH4 in silts of screened coast were higher than those in sands of the open coastal zone. Methanotrophs were found to consume >87% of the methane produced. These bacteria accounted for 20 and 8% of the total oxygen consumption by bottom sediment in the screened and open littoral zones, respectively. 相似文献