东北地区湖泊CO2通量遥感估算研究
批准号:
42071336
项目类别:
面上项目
资助金额:
56.0 万元
负责人:
温志丹
依托单位:
学科分类:
遥感科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
温志丹
中文摘要
在全球大气CO2浓度升高和气候变暖的背景下,正确估算湖泊CO2通量对评价湖泊在大气温室气体源汇格局中的作用具有重要意义。但由于湖泊数量众多,类型多样,现有数据的数量和代表性有限,且没有考虑水体空间异质性,导致全球湖泊碳排放的估算差异高达近10倍。卫星遥感快捷、大范围和周期性的特点为湖泊碳通量估算提供了更好的研究手段。本项目选择具有冰封期的东北地区湖泊为研究对象,基于遥感技术,研究湖泊水体pCO2分布格局,探究湖泊盐度、营养状态因素对pCO2的影响;分析湖泊pCO2与环境因子间的潜在关系,揭示影响pCO2的主控环境因子;同时发展基于卫星产品的高精度pCO2遥感模型,进行东北地区湖泊水-气界面CO2通量估算,并明确冰封期对CO2通量的影响。本项目的实施对于探索pCO2等新参数遥感机理、遥感估算湖泊CO2通量具有重要的意义,为应对气候变化和准确评估区域内陆水体碳收支提供科学依据技术支持。
英文摘要
On the background of the rising global atmospheric CO2 concentration and climate warming, quantifying the carbon dioxide flux in lakes is essential for understanding the effect of lakes on global carbon budget. However, due to the large number and the spatial heterogeneity of lakes and range of typologies, the number and representativeness of available data are limited, resulting in large range in the estimation of global lake carbon emissions in past studies. The rapid, large-scale and periodic nature of satellite remote sensing provides a major opportunity for lake carbon flux estimation. In this study, the distribution of pCO2 in lakes in northeast China will be analyzed based on remote sensing technology, meanwhile, the effects of lake salinity, nutrients levels and other environmental factors on pCO2 will also be discussed. The potential relationship between pCO2 and environmental factors will be analyzed to explore the main control factor of pCO2. The high-precision pCO2 remote sensing model will be developed based on satellite products, and analyze the temporal and spatial variation characteristics of CO2 flux in these lakes to better identify the influence of freezing period. The study is of great significance to help enriching lake water color remote sensing theory and methods by exploring pCO2 remote sensing approaches, and provide the scientific basis and technical support for accurately evaluating the regional inland water body carbon budgets.
在全球大气CO2浓度升高和气候变暖的背景下,正确估算湖泊CO2通量对评价湖泊在大气温室气体源汇格局中的作用具有重要意义。本项目选择东北地区湖泊为研究对象,采样分析表明这些湖泊的pCO2主要分布21.9~30152 μatm,均值为4567 μatm,大约有91%的被采样湖泊pCO2大于大气值,这些湖泊都是大气CO2的潜在“源”。湖泊pCO2有显著的季节性波动,夏季最低;同时,pCO2有显著的日变化特征,一般在下午落日时到达最低值,随后开始不断上升,一直到次日太阳完全升起时达到最高值;此外,pCO2随着湖泊营养状态的加剧呈下降趋势;在估算区域湖泊CO2排放量时,如果不考虑季节性更替和营养程度差异的影响,会导致CO2通量估算结果出现较大的误差。本研究结合实测pCO2数据和长时序Landsat卫星影像,构建了东北湖泊表层水体pCO2的线性回归模型和机器学习模型,对不同反演模型进行了精度比较及验证,结果表明XGBoost模型具有最高的拟合精度(R²=0.86,RMSE=148.73 μatm)和验证精度(R²=0.71,RMSE=186.14 μatm),并将XGBoost模型应用于长时序遥感影像进行东北湖泊(面积>1km2)pCO2反演,发现自1985年以来,东北地区湖泊pCO2年均值变化处于下降趋势,直至2023年,湖泊pCO2年均值已由1985年的802.88 μatm降低至363.58 μatm,且面积较小的湖泊pCO2较高。基于以上pCO2反演值,对东北地区湖泊进行湖泊水-气界面CO2排放通量分析,1985-2020年东北湖泊年平均CO2通量值整体表现为下降趋势,1985-2005年在11.91 ~ 13.08 mmol/m2/d之间波动,2010年急剧下降至9.00 mmol/m2/d,2015年下降至3.04 mmol/m2/d,2020年有所上升(4.07 mmol/m2/d)。对东北地区几个典型湖泊(查干湖、呼伦湖、兴凯湖和镜泊湖)进行湖泊水-气界面CO2排放通量分析发现这几个典型湖泊都经历了由大气CO2碳源向碳汇的转变过程。本项目的实施对于探索pCO2等新参数遥感机理、遥感估算湖泊CO2通量具有重要的意义,为应对气候变化和准确评估区域内陆水体碳收支提供科学依据技术支持。
光化学与微生物降解对高原湖泊CDOM光学特性影响机理研究
-
批准号:41501387
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:24.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:温志丹
-
依托单位:
国内基金
海外基金