Intermittent Surface Renewals and Methane Hotspots in Natural Peatlands
Intermittent Surface Renewals and Methane Hotspots in Natural Peatlands
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天然泥炭地的间歇性地表更新和甲烷热点
DOI：
10.1007/s10546-021-00637-x
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发表时间：
2021
影响因子：
4.3
通讯作者：
Katul, Gabriel G.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zorzetto, Enrico;Peltola, Olli;Grönholm, Tiia;Katul, Gabriel G.
泥炭地占全球甲烷排放量的很大一部分。这些环境通过三种主要机制与大气交换：通过泥炭和水的扩散，植物介导的扩散，以及零星的气泡释放。虽然在亚日时间尺度上测量泥炭地上方的通量已经取得了快速进展，但将通量划分为沸腾和背景扩散仍然是一个艰巨的挑战。由于这两种类型甲烷释放的大气、水文和土壤驱动因素可能有很大不同，因此这种划分对于未来甲烷浓度的预测是必要的。利用表面更新理论，提出了一个基于传质机理的甲烷通量划分框架，其总体目标是表征源的间歇性及其在地面的强度。使用测量的湍流空气速度和芬兰北部泥炭地上方流动的多个标量浓度(包括热量、水蒸气和二氧化碳)的大型数据集测试了这种方法。然后针对以背景扩散(例如，水蒸气)或间歇源(例如，甲烷)为特征的标量，评估不同气体传输机制的传输效率。然后，研究了地下水位和大气条件等环境变量是否对热点的发生有影响。在经典表面更新理论的基础上，提出了一种新的方法来推断地面标量源的间歇性，并探索非均匀如何影响大气近地层中气体湍流传输的效率。
Peatlands account for a large fraction of global methane () emissions. These environments exchangewith the atmosphere via three main mechanisms: diffusion through the peat and water, plant-mediated diffusion, and sporadic release ofbubbles. While rapid advances have been made in measuringfluxes above peatlands on sub-daily time scales, partitioningfluxes into ebullition and background diffusion remains a formidable challenge. Such partitioning is becoming necessary for future projection of methane concentration as atmospheric, hydrologic, and edaphic drivers of these two types of methane releases may differ significantly. Using surface renewal theory, a framework for partitioning measured methane fluxes based on the mass transfer mechanism is introduced with the overall objective of characterizing the intermittency ofsource and its strength at the ground. This approach is tested using a large dataset of measured turbulent air velocity and multiple scalar concentrations (including heat, water vapour, and carbon dioxide) for flow above a boreal peatland in Finland. The transport efficiencies of different gas transfer mechanisms are then evaluated for scalars characterized by background diffusion (e.g., water vapour) or by intermittent sources (e.g., methane). Whether environmental variables such as water-table levels and atmospheric conditions have a signature on the occurrence ofhotspots is then investigated. Building upon the classical surface renewal theory, this work introduces a novel approach for inferring the intermittent nature of scalar sources at the ground and for exploring how non-homogeneity affects the efficiency of gas turbulent transport in the atmospheric surface layer.
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