審視沼澤氣體:模型有助於預測全球溼地溫室氣體排放量

研究人員開發了一種新模型來描述溼地水位和溫度與甲烷產生之間的相關性


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在主要的溫室氣體中,甲烷的丰度和全球變暖潛能僅次於水蒸氣和二氧化碳。儘管它不如二氧化碳那麼豐富,並且在大氣中的壽命也較短,但大氣中的甲烷造成的溫室效應卻佔到了溫室氣體加熱效應的近20%,而二氧化碳則佔50%。與二氧化碳類似,大氣中的甲烷既來自人為來源,也來自自然來源。

科學家們對人為甲烷排放的程度有了一定的瞭解,這些排放來自垃圾填埋場、牲畜和化石燃料生產等來源,這些來源總共佔甲烷產量的60%。然而,追蹤其主要自然來源——溼地的釋放一直很棘手。

人們認為溼地佔全球自然來源大氣甲烷的70%,但並非所有溼地的形成都是相同的。水位、土壤溫度、植被和地形都會影響溼地的甲烷產量,從而使特定地區的排放量估算複雜化。

為了嘗試澄清這些估算,一組研究人員最近建立了一個模型,利用影響這些排放的兩個最重要特性:水位和土壤溫度,來預測不同地理區域的溼地甲烷排放量。該團隊利用衛星和天氣資料開發了一個模型,解釋了這兩個溼地特性與甲烷排放之間的關係。然後,研究人員應用該模型來估算從溼地地區(例如熱帶地區)排放了多少氣體。

該方法的核心是來自 NASA 的雙 GRACE 衛星的資料,該衛星測量地球重力的變化。蘇格蘭愛丁堡大學的地球科學家、該模型論文的作者之一保羅·帕爾默表示:“重力測量在試圖觀察甲烷排放方面非常有用。”該論文在1月15日的《科學》雜誌上詳細介紹。

傳統上,重力測量已被用於確定地下水範圍的變化。在包括許多熱帶溼地地區(如亞馬遜和剛果)的洪水地區,地下水位也可以與甲烷排放量相關聯。這是因為產生甲烷的細菌(稱為產甲烷菌)生活在地下水中,並且當水上升到土壤以上時,可以直接向大氣釋放甲烷。

除了將 GRACE 資料作為溼地水位的衡量標準外,帕爾默和他的同事還使用了美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 的國家環境預測中心國家大氣研究中心的天氣資料作為土壤溫度(另一個重要的溼地特性)的替代指標。該模型側重於確定天氣資訊、水位(基於 GRACE 資料)和2003年至2007年期間測量面積為350平方公里的區域中10天時間段的大氣甲烷水平之間的關係。有關甲烷的資訊來自歐洲航天局的 SCIAMACHY 光譜衛星。研究結果表明,排放量從2003年到2007年增加了約2%,帕爾默說這很重要,因為熱帶地區約佔全球溼地甲烷排放量的55%。

該團隊的模型還證實了其他科學家懷疑的一種關係:在溫度相對恆定的熱帶地區,水位波動的近似值比地表溫度更能表明甲烷排放量。然而,在高於或低於赤道 30 度以上的較高緯度地區,地表溫度是甲烷溼地排放量更重要的決定因素。

加州大學聖塔芭芭拉分校的地球科學家和遙感專家約翰·梅拉克說:“真正的貢獻是[研究人員]實際上可以找到這些引數與(大氣中的)甲烷之間的關係”。梅拉克雖然沒有參與這項研究,但他表示,在作者撰寫論文時,他向他們提供了反饋。

美國國家航空航天局戈達德太空研究所(位於紐約市)的物理科學家伊萊恩·馬修斯說,該模型可以進行一些改進,使其對推斷溼地甲烷排放量更有用。根據馬修斯的說法,作者在使用 GRACE 衛星資料方面取得了“巨大飛躍”。此資訊僅在洪水地區有用,但是正如馬修斯指出的那樣,在給定時間,世界上只有大約三分之二的溼地被淹沒。她建議包括來自一個名為專用感測器微波/成像儀 (SSM/I)(在紐約市的 NASA 戈達德開發)的微波衛星的資料,該衛星可以檢測到土壤表面的水。

儘管該模型提供了一種觀察溼地地區甲烷排放量的新方法,但它並不一定指出解決該問題的方法,例如排幹洪水地區的溼地。NOAA 國家環境衛星、資料和資訊服務中心的衛星研究科學家曹長勇表示:“很難為此辯護,因為有些團體正在推動(溼地)保護。”相反,試圖繪製甲烷排放圖的模型可以幫助科學家反過來更好地建立了解氣候變化的模型。

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