团队成果 | Sci. Total Environ:遥感视角的区域湖泊碳排放估算不确定性与采样优化

文摘   科学   2024-09-05 17:05   北京  

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研究背景
RESEARCH BACKGROUND

湖泊等内陆水体对全球CO2排放以及碳循环过程有着重要贡献。然而,相比于广泛分布且具有显著时空异质性的湖泊系统,传统野外调查获取的有限观测可能缺乏代表性,导致区域和全球湖泊CO2排放的估计存在极大不确定性。尽管已有案例研究证实,野外调查的时空分辨率是湖泊CO2排放升尺度估算结果偏差的主导因素之一,但是对区域湖泊CO2排放估算中的不确定性进行定量评估尚不明晰。

针对定量评估区域湖泊群CO2排放升尺度估算不确定性的问题,中国科学院南京地理与湖泊研究所齐天赐博士利用卫星数据估算了江淮流域113个湖泊的CO2通量,揭示了通量显著的时空异质性(18.07±81.83 mg m-2 d-1)。

研究结果及意义
由于湖泊CO2通量的时空异质性,之前江淮湖泊群CO2排放的升尺度估算结果高估了约3-11倍。采样分辨率不足导致升尺度估计的平均相对不确定性高达164%,且湖泊CO2的时间异质性相比其空间异质性会导致更大的不确定性。增加采样频率对降低升尺度不确定性的作用相比增加采样点更为显著(1.08-2.23倍)。
虽然卫星遥感方法在观测范围和频率上具有巨大优势,但在全球不同类型湖泊的开展CO2遥感估算工作仍然需要更多代表性的野外观测数据的支撑。野外湖泊调查仍然是未来一定时间内不可或缺的研究手段之一。考虑到人力物力的限制,优化采样策略以获得更具代表性的观测数据,对遥感算法开发或是降低区域碳收支估算不确定性均有重要意义。研究发现准确掌握湖泊CO2动态所需的采样策略与湖泊的尺寸和营养状态存在定量关系,并基于此关系提出了一种最佳采样策略的预测方法,建议将每个湖泊平均5个点,每两个月采样一次,作为类似浅水富营养化湖泊的采样策略
1 卫星估算的江淮中下游湖泊各季节水-CO2通量空间分布

图2 不同采样策略下升尺度湖泊CO2估算值不确定性分布

图3 ±20%不确定性前提下推荐采样策略与湖泊尺寸、营养状态的关系

研究成果近期以“Spatiotemporal heterogeneity of lake carbon dioxide flux leads to substantial uncertainties in regional upscaling estimates”为题发表在环境科学权威期刊Science of the Total Environment中国科学院南京地理与湖泊研究所特别研究助理齐天赐博士为第一作者,通讯作者为段洪涛研究员。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金项目联合资助

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174920

✎ 编者注

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团队介绍

湖泊遥感与智慧流域创新团队,主要围绕湖泊开展历史重构、现状观测和未来变化模拟等模型研制和应用实践工作,并在流域尺度开展大数据智慧管理平台研究,保障湖泊水质安全。团队拥有博士和硕士导师5人(段洪涛,罗菊花,刘东,谭振宇,邱银国),可分别在中国科学院南京地理与湖泊研究所、西北大学以及南京信息工程大学(国科大南京学院联合培养)等招收博、硕士研究生,欢迎报考!同时,长期招收联合培养研究生,欢迎咨询!

联系人:段洪涛研究员,htduan@niglas.ac.cn


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