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地理科學與遙感學院楊現坤副教授在《Nature Communications》期刊發表學術論文

來源︰     作者︰    編輯︰chen    發布時間︰2021-03-22 09:05    點擊數︰ Views

全球氣候變化的背景之下,準確估算全球碳收支對未來的可持續發展至關重要。內陸水體排放的CO2主要來自陸地生態系統的呼吸作用,一般以溶解的土壤或者濕地CO2的形式進入的水生系統,或者來自水體中源自陸地衍生有機物的礦化作用,將有機碳轉化為溶解的CO2。內陸水體是全球碳循環的重要組成部分,可以輸移和轉化大量源于自然和人類活動的碳,並向大氣中排放以CO2為主的溫室氣體,對大氣中溫室氣體的濃度產生直接影響。因此,準確估算內陸水體的CO2排放量在全球碳循環的研究中有非常重要的意義。

學院楊現坤副教授與香港大學冉立山老師,聯合美國,瑞士,澳大利亞和德國的合作者首次對我國經濟高速發展階段的三十年內(1980年代和2010年代)的內陸水體(河流,湖泊,和水庫)CO2排放變化進行估算。研究結果發表在本周出版的Nature Communications期刊上。

基于大尺度衛星遙感技術,以及1980年代在1709個地點收集的歷史水化學數據和最近在中國1064個地點進行的野外采樣數據,本研究估算了中國內陸水體的CO2排放通量。結果表明,中國內陸水體的CO2排放通量已從1980年代每年1.38±0.31億噸(約5.06億噸CO2)降至2010年代的每年0.98±0.19億噸(約3.59億噸CO2),表明在過去的30年間中國內陸水體CO2排放量總體下降了29%;河流是內陸水體CO2排放的主要來源,佔總排放量的8893%。在空間分布上,只有青藏高原的內陸水體CO2排放在30年間呈現了增加的趨勢,河流和湖泊的CO2排放分別增加18%和81%。而中國其他地區的河流CO2排放均呈下降趨勢(降低3156%)。


圖1.1980年代(上)和2010年代(下)汛期(右)和非汛期(左)實測CO2分壓變化


圖2 1980年代和2010年代中國內陸水體二氧化碳總釋放量對比

本研究的另一重要貢獻是準確估算1980年代和2010年代中國區域的水面積變化。在參考了歷史資料的同時,研究人員采用高精度衛星影像對中國當代的內陸水體面積進行了重新分析提取。結果表明,1980年代中國河流非汛期水面積為55,488±12,886 km2,汛期為65,076±14,357 km2。到2010年代,河流非汛期水面積下降至51,003±14,439 km2,汛期河流水面積降至58,279±15027 km2,總體下降了8.1?10.4%。而遙感結果表明湖泊和水庫的面積則呈現增加的趨勢,湖泊面積由1980年代的79,196±6415 km2增加到2010年代的82,570±6688 km2,水庫面積則從1980年代的14,772±1196 km2增加到2010年代的25,616±2075 km2。由于這個階段中國經濟蓬勃發展刺激了對能源和糧食生產的需求,從1980年代到2010年代之間我國完成了約15,000個新水庫的建設,水庫的存儲容量增加了一倍以上。自然河流向水庫轉化後,具有類似于湖泊的理化特性,從而大大減少了CO2的排放。如果將河流和水庫一起考慮,則在最近的30年中,它們的總CO2排放量減少了大約三分之一,這在很大程度上是由于中國各地的水庫蓄水所致。

圖3 DEM中國河流的DEM提取結果與本研究的提取結果對比

研究表明,如考慮1980年代中國內陸水體排放的CO2,會使當時全國陸地生態系統碳匯的估算結果減少2459%。自1980年代初開始實施全國性的生態恢復計劃以來,中國的陸地生態系統在2010年代得到了極大的恢復。即便如此,考慮到2010年代內陸水體排放的CO2,也可以抵消1721%陸地碳匯。由于內陸水體排放的CO2當前尚未納入我國陸地景觀的碳收支中,忽略內陸水域的碳排放可能會很大程度高估森林等生態系統的陸地碳匯。

該研究結果對于全球碳排放評估的貢獻是︰中國內陸水體排放的CO2約佔全球排放的57%,基于此結果更新後的全球內陸水體CO2排放將增加約1億噸。考慮到我國橫跨世界上大多數氣候帶以及多樣化的地貌系統,而且還涵蓋了大多數全球植被類型,此項基于中國的研究具有全球性的參考價值。如果忽略內陸水體CO2排放,在評價全球陸地生態系統在碳平衡中的作用時,可能產生非常大的誤差。

學院楊現坤副教授為該論文共同通訊作者,承擔了本研究中中國內陸水體遙感監測和分析的部分,研究助理田明揚老師也參與了本項研究,對本項的外業調研、水化學數據分析做了大量工作。此項研究得到國家自然科學基金及廣州大學百人計劃啟動金資助。

原文鏈接︰https://doi.org/10.1038/s41467-021-21926-6

期刊簡介

《Nature Communications》(自然-通訊),簡稱NC,是英國《Nature》(自然)雜志首個冠名“Nature”品牌的純開放獲取期刊,致力于發表生物、物理、化學和地球科學等各領域的高質量研究。NC是被自然指數收錄的5大綜合性期刊之一(包括Nature,Science,NC, PNAS, Science Advances)。NC 在2019年影響因子為12.309。

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