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【学术动态】低比降溪流中气体传输速率关键参数研究取得新进展


2021年11月05日 15:55  点击:[]


在“碳达峰、碳中和”目标下,准确量化溪流和河流的CO2排放是平衡全球和区域碳收支,评估陆地水体碳汇效应的主要挑战之一。然而,目前对于溪流或河流CO2排放的空间和时间异质性的认识还不够,尤其是水气界面气体传输速率(k600)高度的时空异质性给区域水体水气界面碳排放动态变化及其控制机制研究带来极大的挑战,从而限制了区域水体水气界面碳通量的准确评估。

针对上述科学问题,我校地理与旅游学院蒲俊兵研究员团队与中国地质科学院岩溶地质研究所开展合作,在我国西南亚热带地区典型喀斯特低比降溪流中,利用六氟化硫(SF6)气体示踪法和自主设计的浮游箱进行了k600值的季节和空间动态变化及其物理与化学控制过程的研究。结果表明,溪流k600值受河流湍流(包括流速和坡度)的控制,并表现出明显的季节和空间变化。然而,由于喀斯特低比降溪流低湍流和高pH值的特征,k600值受到化学增强效应(Chemical Enhancement)的限制,特别是在水位稳定的干旱季节,化学增强效应更加明显。因此,旱季的k600值处于全球溪流和河流中最低的脱气速率水平上,这可能对抑制喀斯特区水体CO2脱气发挥重要作用。

此外,团队重新研究了文献中计算k600值方程的相关关键参数,并使用线性回归和多元回归将这些参数与通过SF6示踪法和浮游箱法获得的k600值进行拟合,在国内外首次获得了亚热带喀斯特地区溪流的k600值预测模型。虽然本研究获得预测模型来源于喀斯特地区的低比降溪流,但提供了一个研究低比降溪流CO2交换速率的框架,即通过气体示踪法和浮游箱方法相互验证并考虑物理和化学过程的季节性影响,取得合理的k600值参数来准确量化CO2脱气量。该成果为喀斯特地区及其他相关地区不同水文系统k600值的准确量化提供了新的研究思路和基础。

相关研究成果以题为“Physicaland chemical control on CO2gas transfer velocities from alow-gradient subtropical stream”发表于国际水文科学顶级期刊《Water Research》上(中科院一区,最新影响因子11.236),我院为第一署名单位和通讯单位。

气体传输速率(k600)值及影响因素示意图

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