气候变化条件下若尔盖湿地动态变化及其对甲烷排放的影响

Climate change affects wetland methane sources by changing the emission rate and area of wetland. In this study, a multi-satellite method is used to estimate a quantitative and long time series of inundation of Zoige wetlands located at the Qinghai-Tibet Plateau. The spatial and temporal dynamics (1980s to 2010s) of inundation areas of Zoige wetland are derived from multiple sources of remote sensing. We will establish the relationship between the change rate of inundation areas and variation of precipitation and temperature in this region to investigate the effects of climate change on inundation dynamics. To evaluate the impacts of inundation dynamics on wetland methane emission, an integrated wetland ecosystem model with methane emissions module is incorporated directly into a dynamic global vegetation model-Integrated Biosphere Simulator(IBIS). The model simulates methane emissions using a process-based approach combined with some empirical relationships and parameters. The model simulates methane production, three pathways of methane transport (diffusion, plant-mediated transport and ebullition) and methane oxidation. The inundation areas of wetland constructed using multi-satellite method are applied as an important forcing data in the model. The spatial and temporal methane emission patterns of Zoige wetland are simulated based on the change of its inundation area. Four climate change scenarios of the fourth IPCC report are adopted to generate the dynamics of inundation areas of Zoige wetland and force the model. We also investigate the effects of varying wetland area on the seasonal and inter-annual variability of wetland methane emissions under future climate change conditions. To forecast the future trajectory of greenhouse gas emission and to provide new knowledge and data information for policy makers and carbon trade managers, our research highlights the necessity to quantify the variations in wetland extent and affirm the reliability of simulations of changing methane emissions caused by climate change.

以若尔盖湿地为研究对象，基于多源遥感数据分析和生态系统模型的方法，研究气候变化条件下若尔盖湿地动态变化及其对湿地甲烷排放过程的影响。本研究以野外调查与多源遥感数据为支撑，探讨适用于若尔盖湿地动态变化遥感监测方法，建立若尔盖湿地分布历史时期动态变化序列，并揭示其主要气候控制因子；同时以生态模型为手段，构建完整的湿地生态系统碳水循环过程及温室气体排放过程的模型框架，探究湿地动态变化对甲烷排放量的影响，揭示在气候变化背景下，过去、现在及未来若尔盖湿地甲烷排放在区域尺度上的空间格局、发展趋势和动态反馈。研究成果可进一步揭示气候变化对若尔盖湿地格局的影响，并深入理解若尔盖湿地在气候变化背景下温室气体的源汇关系，对加强湿地生态系统保护具有重要的意义，并为我国湿地温室气体排放清单的制定以及减排增汇的决策指导提供科学依据和数据支持。

湿地生态系统是全球生物地球化学循环中主要的甲烷排放源之一，其甲烷排放已经成为全球甲烷源年内变化的支配因素，自然湿地甲烷排放变化取决于排放速率和湿地面积对全球气候变化的响应，研究湿地面积和分布对气候变化的响应及其对甲烷排放量的影响，是当前湿地生态系统及全球变化研究中不可忽视的重要方面。研究以野外调查与多源遥感数据为支撑，实现了研究区湿地的动态变化遥感分类，得到了研究区湿地近几十年来的动态变化基础数据；基于动态全球植被模型，整合了包括湿地甲烷产生、氧化及传输过程，湿地水位动态变化过程，新增湿地植被功能类型并考虑淹水状态湿地植被生产力的影响等湿地甲烷排放的重要过程，实现了一个新框架下湿地甲烷排放过程模型的构建（TRIPLEX-GHG），对模型进行了参数验证，并基于该模型，对研究区湿地甲烷排放的时间格局进行评估，利用所构建模型，并以湿地遥感监测的面积动态变化作为模型驱动因子，模拟研究区湿地甲烷排放的时空格局变化。在项目研究区的基础上，进行了尺度扩展，将其扩展到全国及全球尺度的湿地范围，对自然湿地生态系统甲烷排放进行了模拟计算及时空格局分析。通过对模型参数进行校正及模型参数敏感性分析，得出在甲烷产生的模块中CH4与CO2的排放比例以及Q10值是两个最为敏感的参数，得出这两个参数在不同的地理分区上有着不同的取值，CH4与CO2的排放比例取值范围从0.1到0.7，均值为0.23，Q10的取值范围从1.6到4.5，均值为2.48。基于研究区的尺度扩展研究结果表明中国东北地区与青藏高原区的湿地甲烷排放占全国湿地甲烷排放的81%，湿地面积变化使得甲烷排放减少了34.3%，气候变化使得湿地甲烷排放增加了20.4%，湿地面积减少带来的甲烷排放的减少抵消了气候变化带来的甲烷排放的增加；进一步的研究结果表明湿地甲烷排放对大气甲烷浓度变化有着重要的贡献，尤其是自1990年代以来的大气甲烷浓度变化格局有着重要的影响。