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夏星辉教授课题组在《Nature Geoscience》发文揭示青藏高原江河甲烷排放机制及其全球重要性
发布时间:2020-05-08

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气候预测需要对温室气体的自然和人为排放量进行全面而可靠的评估。内陆水体是大气甲烷(CH4)的主要来源,但是这种强效温室气体在全球江河排放估算中存在很大的不确定性,其主要原因之一是缺乏对高海拔冰冻圈地区的直接测量,并鲜少考虑CH4冒泡通量的贡献。环境学院夏星辉教授课题组跨流域、跨季节探究了青藏高原江河CH4排放机制,首次量化了青藏高原江河CH4排放量并探讨其全球重要性。该研究以“Significant methane ebullition from alpine permafrost rivers on the East Qinghai-Tibet Plateau”为题于5月5日作为封面研究论文发表在Nature Geoscience,并受Nature Ecology & Evolution Community邀请撰写文章背后的故事。


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图1 长江、黄河、澜沧江和怒江源区采样点位图


青藏高原是地球的“第三极”,是南北极以外最大的冰冻圈,也被誉为“亚洲水塔”。该研究以青藏高原东部的长江、黄河、澜沧江和怒江为研究对象,对源头四大江河中CH4的溶存浓度和水气界面排放通量进行了为期三年的直接观测,发现随着河流等级的上升,甲烷冒泡通量呈指数下降而扩散通量呈线性下降。然而,这些流经富含大量有机质冻土区、具有丰富耐寒产甲烷菌的浅水河流,在高原低气压环境下,其甲烷容易以冒泡形式释放。甲烷平均冒泡通量(11.9 mmolCH4 m-2 d-1)比世界江河均值(1. 96 mmolCH4 m-2 d-1)高6倍,最大值高达374.4 mmolCH4 m-2 d-1。根据实测结果,青藏高原东部(四大流域内)3~7级河流CH4总排放量(扩散与冒泡排放量之和)估算为0.20 TgCH4 yr-1,其中冒泡排放量贡献高达79%。此时,CH4排放量以C计约为CO2排放量(2.70 TgCO2 yr-1)的20%,以CO2当量计则是CO2排放量的2倍之高。当尺度上推包含1~7级河流时,CH4的总排放量将增至0.37~1.23 TgCH4 yr-1。该研究结果表明由于CH4以冒泡形式剧烈排放,青藏高原的高山冻土河流是大气CH4的热点排放源;同时该研究也揭示了正在发生的冻土融化和甲烷排放对气候变暖具有正反馈作用。


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图2 青藏高原源区河流甲烷冒泡通量和扩散通量以及二氧化碳排放通量随河流等级的变化规律

 

该研究的通讯作者为北京师范大学环境学院夏星辉教授,第一作者为其博士生张力伟,该研究的合作者还有杨志峰院士、美国耶鲁大学Peter Raymond教授和威斯康星大学麦迪逊分校Emily Stanley教授以及香港浸会大学刘然博士。该研究得到了国家重点研发项目和国家自然科学基金项目的支持。

 

文章信息:

Liwei Zhang, Xinghui Xia*, Shaoda Liu, Sibo Zhang, Siling Li, Junfeng Wang, Gongqin Wang, Hui Gao, Zhenrui Zhang, Qingrui Wang, Wu Wen, Ran Liu, Zhifeng Yang, Emily H. Stanley, Peter A. Raymond, Significant methane ebullition from alpine permafrost rivers on the East Qinghai-Tibet Plateau, Nature Geoscience, 2020, doi:10.1038/s41561-020-0571-8

文章链接:

1. https://www.nature.com/articles/s41561-020-0571-8

2. https://natureecoevocommunity.nature.com/users/377042-liwei-zhang/posts/high-altitude-cryosphere-rivers-forgotten-by-the-world