三峡水库湖北段甲烷排放通量时空特征及其影响因素分析_赵玮
碳排放的时空演变、空间溢出效应及影响因素
碳排放的时空演变、空间溢出效应及影响因素作者：***来源：《中国集体经济》2023年第36期摘要：揭示中部城市碳排放的影响因素对于中部地区推动绿色转型发展具有重要意义。
文章采用2005-2020年中部城市碳排放统计数据，研究了市域碳排放总量的时空演变、空间溢出效应以及影响因素。
结果如下：一是在时间上，中部城市碳排放呈现先急后缓的增长趋势。
二是在空间上，碳排放呈现“北高南低”的空间格局。
三是市域碳排放总量具有显著的空间正相关性。
四是人口密度、财政支出能显著抑制碳排放量，第二产业为主的产业结构显著驱动碳排放。
关键词：碳排放；空间杜宾模型；影响因素一、引言气候变暖一直是全球气候变化最主要特征，应对气候变暖，当务之急是要减少温室气体排放，推行低碳经济发展。
中国已经成为世界碳排放大国，造成中国巨大碳排放量的原因有两个：首先，中国长期以来以粗放式经济发展方式为主，并且在经济发展过程中存在环境治理绩效偏低等一系列问题；其次，中国长期以来就存在着能源消耗量过大但利用方式不环保等问题。
节能减排能减缓全球气候变暖，同时在节能减排任务目标下，高污染型和高碳排放型企业会受到较为有力的政策约束，这会倒逼我国产业结构转型升级。
然而，引起碳排放的经济社会因素众多，在碳减排的目标下，从计量分析角度识别碳排放的经济社会因素对城市制定有效的减排政策具有重要的现实主义。
近年来，我国不同学者对碳排放及其影响因素做了大量研究。
从研究方法上看，主要有结构分解技术（SDA）、指数分解技术（IDA），以及计量分析方法等几类。
不同的分析方法优势和缺点不同，得出碳排放影响因素结果不尽一致。
然而，上述所说的几种分析方法都有相同的弊端，即将碳排放在每个单元上看作是同质且均匀的，忽略不同城市之间的空间关联性。
实际上，碳排放属于大气污染，某个城市碳排放强度较高有很大可能影响到邻近城市的碳排放量，因此，在检验碳排放影响因素时，应该考虑空间因素在其中的作用。
三峡水库澎溪河水-气界面CO2 、CH4扩散通量昼夜动态初探
三峡水库澎溪河水-气界面CO2 、CH4扩散通量昼夜动态初探李哲;姚骁;何萍;王钦;郭劲松;陈永柏【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2014(026)004【摘要】三峡水库温室气体效应近年来备受关注.为揭示三峡水库典型支流澎溪河水-气界面C02和CH4通量的昼夜动态规律,明晰短时间尺度下该水域温室气体释放的影响因素,在2010年6月至2011年5月的一个完整水文周年内,选择4个具有代表性的时段(2010年8、11月和2011年2、5月)对澎溪河高阳平湖水域开展昼夜跟踪观测.结果表明:2010年8、11月和2011年2、5月4次采样的CO2日总通量值分别为-8.34、73.94、28.13和-20.12 mmol/(m2·d),相应的CH4日总通量值分别为2.22、0.11、0.32和7.16 mmol/(m2·d),不同时期昼夜变化明显.研究水域C02和CH4通量过程不具同步性:C02昼夜通量变化可能更显著地受到水柱光合/呼吸过程的影响,但瞬时气象过程(水汽温差、瞬时风速等)在高水位时期亦可对C02通量产生显著影响;CH4昼夜通量变化与水温条件改变更为密切.【总页数】9页(P576-584)【作者】李哲;姚骁;何萍;王钦;郭劲松;陈永柏【作者单位】中国长江三峡集团公司,北京100038;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400030;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400045;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400030;中国长江三峡集团公司,北京100038【正文语种】中文【相关文献】1.蓄水初期三峡水库草堂河水-气界面CO2和CH4通量日变化特征及其影响因素[J], 汪国骏;胡明明;王雨春;袁浩;蒋蓉;王启文;叶振亚;梁顺田2.夏季金沙江下游水-气界面CO2、CH4通量特征初探 [J], 秦宇;杨博逍;李哲;赫斌;杜海龙3.三峡水库澎溪河CO2、CH4气泡释放通量初探 [J], 李哲;张呈;刘靓;郭劲松;方芳;陈永柏4.三峡水库澎溪河消落区土-气界面CO2和CH4通量初探 [J], 李哲;张利萍;王琳;郭劲松;高旭;方芳;蒋滔5.三峡水库澎溪河水-气界面CO_2与CH_4通量特征及影响因素初探 [J], 秦宇;王紫薇;李哲;杨博逍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
三峡水库两条支流水_气界面CO_2_CH_4通量比较初探
． 筑坝蓄水是影响河流生
［5 ］
． 这将显著改变河流生态系
， 所形成的水库成为内陆重要的
水域生态系统， 备受关注．
2 目前世界水库总面积约为 50 万 km ， 相当于地
球天然湖面的 1 /3
［7 ］
． 对于各种水库水气界面温室
气体通量的研究一直是过去十几年该领域的研究热
3期
李哲等： 三峡水库两条支流水气界面 CO2 、CH4 通量比较初探
2 182. 4 km， 流域面积 5 173 km ， 河口距三峡大坝约
． 在三峡水库遴选典
是揭示其空间异质特征的 型水域开展 比 较 研 究 ， 重要途径 ， 对于完善对水库生态系统碳循环过程 的认识 ， 其重要性不言而喻 ， 但目前相关研究鲜有 报道 ． 笔者所在研究团队在三峡水库中段常年回水 区、尾段变动回水区分别遴选了两条具有代表性的 支流（ 龙溪河、澎溪河 ） ， 开展了为期 1 a 的定位跟 踪观测． 本研究将分析 2 条支流回水区 CO2 、CH4 的水气界面通量特征， 并结合气候气象条件、生源 要素特征、受淹区域土壤背景与污染负荷等因素探 讨影响三峡典型支流回水区水域碳通量的主要过 程， 以期为揭示三峡水库支流水域碳通量特征与循 环机制提供更丰富科学信息． 1 1. 1 材料与方法 研究区域 三峡水库东起湖北宜昌三斗坪三峡大坝坝址， 西至重庆市江津朱沱红花堡， 全长 663 km， 干流库 段平均 水 面 宽 度 1 100 m， 淹 没 陆 域 面 积 约 为 600 km ． 根据三峡工程“蓄清排浑 ” 的运行方案， 水库 将在每年 5 月底汛期来临之前将库区水位降至 145
也显著大于澎溪河． 相比澎溪河， 龙溪河回水区极不稳定的水力 、生境条件让浮游植物难以稳定生长， 其水体固碳能力显著 受限； 加之龙溪河受淹区域土壤有机质 、全氮含量以及单位流域面积内污染负荷程度均显著高于澎溪河， 共同导致了龙溪河 温室气体通量水平普遍高于澎溪河流域 ． 两条支流 CH4 通量的主要影响因素仍需进一步研究 ． 关键词： 三峡水库； 龙溪河； 澎溪河； CO2 ； CH4 ； 水气界面通量； 影响因素
1970—2018年中国甲烷排放量时空分布特征及行业排放源分析
1970—2018年中国甲烷排放量时空分布特征及行业排放源分析作者：王小雨邓祥征刘玉洁史文娇周德民来源：《南京信息工程大学学报》2022年第04期摘要在100年时间尺度上，甲烷（CH4）气体的全球增温潜势是CO2的25倍，研究CH4排放的时空特征及排放源组成结构对于国家“双碳目标”的实现具有重要价值.本文基于全球大气研究排放数据库（EDGAR）中的数据集，刻画了中国CH4排放的时空分布特征，利用空间自相关和热点分析方法，揭示了CH4排放的空间集聚效应，并基于不同的行业部门排放数据对CH4的排放源进行分析.研究表明：1970—2018年CH4排放的热点区主要分布在我国的华东、华北以及华南地区，有逐渐向西北地区延伸的趋势;年CH4排放量平均值达8.33t·a-1·km-2，变化曲线总体上呈现平缓上升—急速上升—稳定排放三个阶段;从各行政区的排放量来看，上海一直处于最高，全市排放量十年间平均值不低于25t·km-2;能源活动和工业生产的CH4排放量贡献突出，尤其是交通运输和煤炭开采近些年排放占比逐渐攀升.关键词CH4;时空特征;行业排放源;双碳目标中图分类号X511 文献标志码A0引言随着我国经济发展水平的持续增长，能源需求和能源消费也持续增加，使得全球气候变暖问题逐渐凸显[1-2].全球变暖所引起的一系列环境问题越来越受到人们的关注[3-5]，我国的温室气体排放总量将在较长的时期内保持增长的趋势[6].面对气候变化的现实压力和国际社会的严峻挑战，减少温室气体排放为减少未来气候变化的压力提供了机会[7-10].1997年签署的《京都议定书》中界定的非CO2温室气体包括甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、六氟碳化物（HFC）、全氟化合物（PFC）和六氟化硫（SF6），它们加起来约占目前全球温室气体排放量的25%[11].其中，CH4是主要的温室气体之一，也是大气中含量较多的有机气体[12]，分析其空间分布及排放来源对于控制温室气体排放、减缓温室效应具有重要意义[13].大气中CH4持续增长将会对地球的辐射均衡产生效应，直接对气候造成影响[14].一直以来，对CH4的各种排放源和排放因子测定与排放量的估算始终是研究的热点，并取得了一系列的成果，针对各个排放来源和不同区域的研究已取得相关进展[15-18].在关注CH4排放量核算和结果的评估研究之外，聚焦于CH4人为排放来源的分析也是目前减排的重要议题，仲冰等[19]研究了我国天然气行业甲烷排放控制的相关问题，对天然气行业甲烷排放提出对应的建议，宋磊等[20]针对甲烷的排放对中国油气行业产生的负面影响开展了相关研究，也有关于畜牧业甲烷排放源的低碳化发展的路径选择分析[21]，这些研究只针对单一行业的甲烷排放展开，对于甲烷多排放来源的研究分析较少，且一般集中于区域的单角度研究，例如卢映杉[22]研究了广西省区域供应链视角下的CH4排放源及脱钩效应，刘均荥[23]针对油气系统的排放源进行了分析，目前对于多行业部门的CH4排放存在一定的研究空白.全球大气研究排放数據库（EDGAR）基于公开的统计数据（https：//edgar.jrc.ec.europa.eu/），为大气建模和政策制定者提供全球人为排放和排放趋势的独立估计，同时包括特定部门排放源的网格数据.EDGAR已成为政策制定者和科学界的参考数据集，为他们提供了一致并且可靠的基准.本文对1970—2018年的年平均CH4排放进行了空间和时间变化的分析，基于全国分布的Moran'sI和热点分布状况，分析全国CH4排放的热点区域，同时在各个省级尺度中分析不同区域的CH4排放变化趋势，并基于不同的行业部门排放数据，进一步分析CH4的排放结构和主要来源.研究结果有助于对温室气体排放的管理，并为应对全球气候变化提供现实依据.1数据EDGAR来自欧盟委员会内部建立的一种用于估算排放的自下而上的模型[24]，其特定的排放量编制方法得到全世界所有国家一致应用，为研究人员提供了方法学的透明度和国家之间的可比性[25].EDGAR提供所有国家的数据，并在全球范围内按0.1°×0.1°的网格进行空间分配[26].EDGAR涵盖了IPCC（2006）指南中所有的报告类别，并按部门进行详细划分.其时间序列每年都会根据其数据源的可用性进行更新，目前的时间覆盖范围为1970—2018年，是当前可获取的空间分辨率较高且时间范围较长的CH4排放量空间数据.2方法EDGAR数据作为千米级的全球范围数据，对于中国地区而言，时间上的变化趋势和空间上的分布特征需要基于具有典型创新性的空间分布特征分析方法.2.1Moran'sI采用全局Moran指数[27]作为全局空间自相关的指标，分析中国CH4内部空间单元排放的空间相关性和差异性，其表达式为2.2热点分析（Getis-OrdG*i）3结果3.11970—2018年CH4时空分布特征由图1可以看出，CH4排放的地域分异特征明显，根据中国的区域分类标准：东北地区，包括辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古东部5盟市（呼伦贝尔市、通辽市、赤峰市、兴安盟、锡林郭勒盟）;华东地区，包括上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、台湾;华北地区，包括北京、天津、河北、山西和内蒙古共计5个省级行政单位;华中地区，包括河南、湖北、湖南3省;华南地区，包括广东、广西、海南、香港、澳门;西南地区，包括四川、贵州、云南、西藏、重庆等5个省市区;西北地区，包括陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆5个省（自治区）），华东和华南地区的CH4排放量较高，各个时间段的平均排放量一般高于5t·km-2，西北地区的CH4排放量相对较低，排放量一般处于0～5t·km-2之间，这主要与排放源的排放强度和空间分异有关，大气中的甲烷排放由自然排放和人类活动排放两部分组成，自然湿地作为最大的自然排放源，其空间分布与CH4排放的区域分异特征具有密切联系，这也使得整体上中国的南方比北方的CH4排放量高，且区域分布范围较广.人类活动所产生的CH4排放主要由能源排放（包括石油、天然气和煤矿开采）、反刍动物、垃圾填埋、水稻田和生物质燃烧组成，不同时间阶段对于各个排放来源的组成基本不变，各个来源的组成比例具有一定的变化.随着社会经济发展，由人类活动所产生的CH4排放加大了不同区域之间的排放差异.从1970—2018年的时间变化趋势来看，整体上变化较为平缓，但在1990—1999年华北地区开始出现较为明显的高CH4排放量的区域分布，且在新疆的西北部开始出现小区域的CH4排放高于5t·km-2区域.在华东地区，CH4排放连年居于高排放梯队.值得注意的是2010—2018年的甲烷排放空间与前面的四个时间段相比，不具有明显的高增长趋势，这与自然排放源，如湿地的减少具有一定的关系，社会经济的发展使得人为排放源增加的同时也减少了自然排放源，像华东地区的江苏省和浙江省，其CH4排放的高排放区域相对于1970—1979年的排放区域略有减少.由图2可见，1970—2018年平均CH4排放量变化曲线总体上呈上升趋势，平均值达8.33t·a-1·km-2，21世纪初期出现了高速上升趋势，使得整个变化曲线呈现平缓上升—急速上升—稳定排放3个阶段，时间分别对应于1970—2002年、2003—2012年和2013—2018年，第1阶段经济发展处于起步时期，发展水平相对缓慢，相关能源燃烧和排放量增长也较为缓和，且自然排放源也处于稳定状态，CH4呈现相对缓慢的增长变化;第2阶段出现的快速增长则由于中国经济的飞速发展，相关煤矿燃料的大量燃烧，自然排放源开始受到影响，造成了自然CH4排放量稳定而人为排放量激增的状态;第3阶段一方面由于自然排放源的减少，另一方面也受到出台的关于经济发展和环境优化、气候变化缓解的相关政策，使得排放速度明显放缓，不同时间阶段CH4排放量的差异性需要考虑不同时期多因素驱动.中国的空间经济发展差异能够体现在产业结构的发展过程中，华东、华南地区在改革开放后逐渐建立起具有全球价值链的产业集群，其中包含整合劳动力、能源、地理区位等过程，这与温室气体的排放密切相关，而西北地区产业主要以内向型产业发展为主，不同的产业类型和布局也影响了自然排放源的分布和排放强度，这就使得CH4排放空间差异加大[29].由图3可知整体上各个省份之间CH4的排放量分布不平衡，像上海、山西和北京的CH4排放值在不同的时间段内明显高于其他省份，尤其是2000—2009、2010—2018年这3个省的排放值均高于30t·km-2，且1970—2018年CH4的平均排放量也高于25t·km-2，江苏、安徽、山东和河南也有一定量的CH4排放量的分布，时间变化相对平缓.高排放区域由于其自然环境条件与产业结构等进行综合因素影响，像上海和北京在进入21世纪之后，快速的城市化使得相关产业的迅猛发展，相对于自然排放的减少量，能源活动和农业生产等人为排放量的激增造成了整体排放量快速增长的状态，而山西省由于得天独厚的资源禀赋，采矿业快速发展，使得CH4排放量尤其突出.3.21970—2018年CH4空间集聚性分析1970—2018年CH4的空间自相关（图4）具有明显的时间分异规律，从空间上看东部地区的普遍具有高—高聚集性分布区域特征，西部地区的低—低聚集性明显;从时间变化的角度来看，1970—2018年的高—高聚集和低—低聚集区域明显减少，从1970年西北地区大面积的低—低聚集区域、东南地区的高—高聚集区域逐渐过渡到青海、西藏和四川部分区域的低—低聚集区域，以及山西和山东组成的华北平原的部分地区的高—高聚集区域.总体上看，高—高聚集区域随着时间的演变逐渐减少，这也与CH4的时空分布规律相契合，CH4排放的空间变化显示随着时间的演变高排放区域逐渐增多，使得高排放区域聚集性减少，CH4排放的空间异质性减弱.低—低聚集区域也随着时间的变化逐渐减少，这与西北地区的高CH4排放区域的出现相一致.CH4高排放区域在华东、华南和华北等地区的逐渐扩展以及西北低值排放区的逐渐增长，使得全国大面积的高—高聚集区域和低—低聚集区域逐渐减少，这是人为排放源占比增长在排放量和排放区域上的具体表现.CH4的热点分布（图5）于我国的华东、华北以及华南地区，在空间上主要呈现东南部的热点区域分布和西北部的冷点区域分布，中间具有小部分区域的过渡;时间上的变化也具有明显特征，主要表現为热点区域从1990年开始从南方逐渐北移，过渡区域也逐渐向北部和西部扩张，冷点区域从1970年的99%的置信水平逐渐降低至90%.冷点和热点区域的移动和缩小与CH4排放空间一致性减弱趋势保持一致，在1970—1979年、1980—1989年以及1990—1999年的CH4排放早期阶段中，热点区域在本区域内凭借资源环境禀赋和经济发展政策等因素排放的贡献尤为突出，而随着时间演变，本区域不能继续满足发展的需要，就会考虑向冷点区域转移，从而产生这种冷点和热点区域面积和位置上的变化.3.3行业排放源分析参考EDGAR中的部门CH4排放数据，基于Crippa等[30-33]完成的能源统计中所描述的时间分布曲线，本文将IPCC中的部门分类对应到我国的温室气体清单编制指南所对应的部门中，将数据库中CH4排放的人为排放源归并为能源活动、工业生产过程、农业、土地利用变化与林业、废弃物处理5个来源，并在ArcGIS中选择中国行政区域数据对每个部门进行排放总量统计（表1）.从每个部门的排放总量统计（表1）中发现，农业源中的稻田排放在整个部门的统计中居于最高位，1970—2018年排放总量达到77.28t·km-2，同时能源活动排放源中的煤炭开采逃逸占居第2位，1970—2018年排放总量达到53.46t·km-2，相对于这2个主要来源，像土地利用变化与林业排放源和废弃物处理排放源则在整体上对CH4排放贡献较小（图6）.选定1970—1979年、1980—1989年、1990—1999年、2000—2009年、2010—2018年和1970—2018年6个时间段，计算5个CH4排放源中17个部门的排放值与总量占比，并制成堆积柱状图，显示高于5%的部门的标注.可以发现，总体上在1970—2018年，能源活动中的交通运输行业的CH4排放占比高于50%，其中a21（铁路和其他运输）部门CH4排放占比最高，达到21%，但不同部门随时间的变化趋势存在一定差异，不具有占比稳定增长或下降的变化规律.由图2可见，1970—2018年平均CH4排放量变化曲线总体上呈上升趋势，平均值达8.33t·a-1·km-2，21世纪初期出现了高速上升趋势，使得整个变化曲线呈现平缓上升—急速上升—稳定排放3个阶段，时间分别对应于1970—2002年、2003—2012年和2013—2018年，第1阶段经济发展处于起步时期，发展水平相对缓慢，相关能源燃烧和排放量增长也较为缓和，且自然排放源也处于稳定状态，CH4呈现相对缓慢的增长变化;第2阶段出现的快速增长则由于中国经济的飞速发展，相关煤矿燃料的大量燃烧，自然排放源开始受到影响，造成了自然CH4排放量稳定而人为排放量激增的状态;第3阶段一方面由于自然排放源的减少，另一方面也受到出台的关于经济发展和环境优化、气候变化缓解的相关政策，使得排放速度明显放缓，不同时间阶段CH4排放量的差异性需要考虑不同时期多因素驱动.中国的空间经济发展差异能够体现在产业结构的发展过程中，华东、华南地区在改革开放后逐渐建立起具有全球价值链的产业集群，其中包含整合劳动力、能源、地理区位等过程，这与温室气体的排放密切相关，而西北地区产业主要以内向型产业发展为主，不同的产业类型和布局也影响了自然排放源的分布和排放强度，这就使得CH4排放空间差异加大[29].由图3可知整体上各个省份之间CH4的排放量分布不平衡，像上海、山西和北京的CH4排放值在不同的时间段内明显高于其他省份，尤其是2000—2009、2010—2018年这3个省的排放值均高于30t·km-2，且1970—2018年CH4的平均排放量也高于25t·km-2，江苏、安徽、山东和河南也有一定量的CH4排放量的分布，时间变化相对平缓.高排放区域由于其自然环境条件与产业结构等进行综合因素影响，像上海和北京在进入21世纪之后，快速的城市化使得相关产业的迅猛发展，相对于自然排放的减少量，能源活动和农业生产等人为排放量的激增造成了整体排放量快速增长的状态，而山西省由于得天独厚的资源禀赋，采矿业快速发展，使得CH4排放量尤其突出.3.21970—2018年CH4空间集聚性分析1970—2018年CH4的空间自相关（图4）具有明显的时间分异规律，从空间上看东部地区的普遍具有高—高聚集性分布区域特征，西部地区的低—低聚集性明显;从时间变化的角度来看，1970—2018年的高—高聚集和低—低聚集区域明显减少，从1970年西北地区大面积的低—低聚集区域、东南地区的高—高聚集区域逐渐过渡到青海、西藏和四川部分区域的低—低聚集区域，以及山西和山东组成的华北平原的部分地区的高—高聚集区域.总体上看，高—高聚集区域随着时间的演变逐渐减少，这也与CH4的时空分布规律相契合，CH4排放的空间变化显示随着时间的演变高排放区域逐渐增多，使得高排放区域聚集性减少，CH4排放的空間异质性减弱.低—低聚集区域也随着时间的变化逐渐减少，这与西北地区的高CH4排放区域的出现相一致.CH4高排放区域在华东、华南和华北等地区的逐渐扩展以及西北低值排放区的逐渐增长，使得全国大面积的高—高聚集区域和低—低聚集区域逐渐减少，这是人为排放源占比增长在排放量和排放区域上的具体表现.CH4的热点分布（图5）于我国的华东、华北以及华南地区，在空间上主要呈现东南部的热点区域分布和西北部的冷点区域分布，中间具有小部分区域的过渡;时间上的变化也具有明显特征，主要表现为热点区域从1990年开始从南方逐渐北移，过渡区域也逐渐向北部和西部扩张，冷点区域从1970年的99%的置信水平逐渐降低至90%.冷点和热点区域的移动和缩小与CH4排放空间一致性减弱趋势保持一致，在1970—1979年、1980—1989年以及1990—1999年的CH4排放早期阶段中，热点区域在本区域内凭借资源环境禀赋和经济发展政策等因素排放的贡献尤为突出，而随着时间演变，本区域不能继续满足发展的需要，就会考虑向冷点区域转移，从而产生这种冷点和热点区域面积和位置上的变化.3.3行业排放源分析参考EDGAR中的部门CH4排放数据，基于Crippa等[30-33]完成的能源统计中所描述的时间分布曲线，本文将IPCC中的部门分类对应到我国的温室气体清单编制指南所对应的部门中，将数据库中CH4排放的人为排放源归并为能源活动、工业生产过程、农业、土地利用变化与林业、废弃物处理5个来源，并在ArcGIS中选择中国行政区域数据对每个部门进行排放总量统计（表1）.从每个部门的排放总量统计（表1）中发现，农业源中的稻田排放在整个部门的统计中居于最高位，1970—2018年排放总量达到77.28t·km-2，同时能源活动排放源中的煤炭开采逃逸占居第2位，1970—2018年排放总量达到53.46t·km-2，相对于这2个主要来源，像土地利用变化与林业排放源和废弃物处理排放源则在整体上对CH4排放贡献较小（图6）.选定1970—1979年、1980—1989年、1990—1999年、2000—2009年、2010—2018年和1970—2018年6个时间段，计算5个CH4排放源中17个部门的排放值与总量占比，并制成堆积柱状图，显示高于5%的部门的标注.可以发现，总体上在1970—2018年，能源活动中的交通运输行业的CH4排放占比高于50%，其中a21（铁路和其他运输）部门CH4排放占比最高，达到21%，但不同部门随时间的变化趋势存在一定差异，不具有占比稳定增长或下降的变化规律.由图2可见，1970—2018年平均CH4排放量变化曲线总体上呈上升趋势，平均值达8.33t·a-1·km-2，21世纪初期出现了高速上升趋势，使得整个变化曲线呈现平缓上升—急速上升—稳定排放3个阶段，时间分别对应于1970—2002年、2003—2012年和2013—2018年，第1阶段经济发展处于起步时期，发展水平相对缓慢，相关能源燃烧和排放量增长也较为缓和，且自然排放源也处于稳定状态，CH4呈现相对缓慢的增长变化;第2阶段出现的快速增长则由于中国经济的飞速发展，相关煤矿燃料的大量燃烧，自然排放源开始受到影响，造成了自然CH4排放量稳定而人为排放量激增的状态;第3阶段一方面由于自然排放源的减少，另一方面也受到出台的关于经济发展和环境优化、气候变化缓解的相关政策，使得排放速度明显放缓，不同时间阶段CH4排放量的差异性需要考虑不同时期多因素驱动.中国的空间经济发展差异能够体现在产业结构的发展过程中，华东、华南地区在改革开放后逐渐建立起具有全球价值链的产业集群，其中包含整合劳动力、能源、地理区位等过程，这与温室气体的排放密切相关，而西北地区产业主要以内向型产业发展为主，不同的产业类型和布局也影响了自然排放源的分布和排放强度，这就使得CH4排放空间差异加大[29].由图3可知整体上各个省份之间CH4的排放量分布不平衡，像上海、山西和北京的CH4排放值在不同的时间段内明显高于其他省份，尤其是2000—2009、2010—2018年这3个省的排放值均高于30t·km-2，且1970—2018年CH4的平均排放量也高于25t·km-2，江苏、安徽、山东和河南也有一定量的CH4排放量的分布，时间变化相对平缓.高排放区域由于其自然环境条件与产业结构等进行综合因素影响，像上海和北京在进入21世纪之后，快速的城市化使得相关产业的迅猛发展，相对于自然排放的减少量，能源活动和农业生产等人为排放量的激增造成了整体排放量快速增长的状态，而山西省由于得天独厚的资源禀赋，采矿业快速发展，使得CH4排放量尤其突出.3.21970—2018年CH4空间集聚性分析1970—2018年CH4的空间自相关（图4）具有明显的时间分异规律，从空间上看东部地区的普遍具有高—高聚集性分布区域特征，西部地区的低—低聚集性明显;从时间变化的角度来看，1970—2018年的高—高聚集和低—低聚集区域明显减少，从1970年西北地区大面积的低—低聚集区域、东南地区的高—高聚集区域逐渐过渡到青海、西藏和四川部分区域的低—低聚集区域，以及山西和山东组成的华北平原的部分地区的高—高聚集区域.总体上看，高—高聚集区域随着时间的演变逐渐减少，这也与CH4的时空分布规律相契合，CH4排放的空间变化显示随着时间的演变高排放区域逐渐增多，使得高排放区域聚集性减少，CH4排放的空间异质性减弱.低—低聚集区域也随着时间的变化逐渐减少，这与西北地区的高CH4排放区域的出现相一致.CH4高排放区域在华东、华南和华北等地区的逐渐扩展以及西北低值排放区的逐渐增长，使得全国大面积的高—高聚集区域和低—低聚集区域逐渐减少，这是人为排放源占比增长在排放量和排放区域上的具体表现.CH4的热点分布（图5）于我国的华东、华北以及华南地区，在空间上主要呈现东南部的热点区域分布和西北部的冷点区域分布，中间具有小部分区域的过渡;时间上的变化也具有明显特征，主要表现为热点区域从1990年开始从南方逐渐北移，过渡区域也逐渐向北部和西部扩张，冷点区域从1970年的99%的置信水平逐渐降低至90%.冷点和热点区域的移动和缩小与CH4排放空间一致性减弱趋势保持一致，在1970—1979年、1980—1989年以及1990—1999年的CH4排放早期阶段中，热点区域在本区域内凭借资源环境禀赋和经济发展政策等因素排放的贡献尤为突出，而随着时间演变，本区域不能继续满足发展的需要，就会考虑向冷点区域转移，从而产生这种冷点和热点区域面积和位置上的变化.3.3行业排放源分析参考EDGAR中的部门CH4排放数据，基于Crippa等[30-33]完成的能源统计中所描述的时间分布曲线，本文将IPCC中的部门分类对应到我国的温室气體清单编制指南所对应的部门中，将数据库中CH4排放的人为排放源归并为能源活动、工业生产过程、农业、土地利用变化与林业、废弃物处理5个来源，并在ArcGIS中选择中国行政区域数据对每个部门进行排放总量统计（表1）.。
长江流域及长江口溶解甲烷和氧化亚氮的分布与释放通量的开题报告
长江流域及长江口溶解甲烷和氧化亚氮的分布与释放通量的开题报告研究背景长江是中国最长的河流，流域面积约为180万平方公里，涵盖了中国的11个省/市。
作为一个重要的生态系统，长江是中国最重要的水资源供应来源之一。
然而，随着经济和人口的增长，长江流域的污染问题也越来越严重，特别是水体中的溶解有机质和氮化合物的含量。
溶解甲烷和氧化亚氮是两个伴随有机质和氮化合物存在的关键气体，它们通过生物和化学作用的过程在水体中释放和转化。
因此，了解长江流域和长江口地区溶解甲烷和氧化亚氮的分布和释放通量对于评估长江流域的生态系统和环境状况具有重要意义。
研究目的本研究的目的是探究长江流域和长江口地区的溶解甲烷和氧化亚氮的分布和释放通量，并对其影响因素进行初步探讨。
研究结果可以提供参考，使政府和相关机构制定有效的环境保护政策，保护长江流域的生态系统和水环境。
研究方法本研究采用野外取样和实验室分析相结合的方法。
首先，在长江不同的水域采集水样，然后进行溶解甲烷和氧化亚氮的分析。
分析数据后，使用统计学方法对长江流域和长江口地区的溶解甲烷和氧化亚氮的分布和释放通量进行分析和比较。
同时，根据其他环境数据，如温度、pH、DO等，探讨其对溶解甲烷和氧化亚氮释放的影响。
研究意义长江是中国的母亲河，长江流域的生态系统和水环境的保护关系到14亿中国人的生存福祉。
本研究将有助于了解长江流域和长江口地区溶解甲烷和氧化亚氮的分布和释放通量的现状和变化趋势，从而帮助政府和社会制定更加有效的环境保护政策，保护长江流域和长江口生态系统的稳定和健康发展。
三峡水库湖北段温室气体排放通量时空特征及其影响因素分析的开题报告
三峡水库湖北段温室气体排放通量时空特征及其影响因素分析的开题报告1. 研究背景三峡水库是我国最大的水利工程之一，对经济社会发展和生态环境保护具有重大意义。
随着水库的建设和运行，其对气候变化和环境质量也产生了深远影响。
温室气体是导致气候变化的主要原因之一，因此，研究三峡水库温室气体排放通量的时空特征及其影响因素，对于揭示水库对气候变化的影响机制，为制定水库工程管理和环境保护策略提供科学依据。
2. 研究目的本研究旨在探究三峡水库湖北段温室气体排放通量的时空特征及其影响因素，为水库工程管理和环境保护提供科学依据。
3. 研究内容和方法3.1 研究内容(1) 分析三峡水库湖北段温室气体排放通量的时空特征，探究其变化趋势和演变规律。
(2) 探究影响温室气体排放的主要因素，建立影响因素模型。
(3) 基于时空分析方法，分析不同因素对温室气体排放的影响程度和影响机制。
3.2 研究方法(1) 采用统计分析方法，分析温室气体排放的变化趋势和演变规律。
(2) 建立归一化模型，评估不同因素对温室气体排放的影响程度。
(3) 利用空间自回归模型，分析不同因素对温室气体排放的影响机制。
4. 预期结果(1) 揭示三峡水库湖北段温室气体排放的时空特征、变化趋势和演变规律；(2) 确定影响温室气体排放的主要因素，建立影响因素模型；(3) 分析不同因素对温室气体排放的影响程度和影响机制。
5. 研究意义(1) 揭示三峡水库对气候变化的影响机制，为制定水库工程管理和环境保护策略提供科学依据；(2) 为其他水库温室气体排放研究提供参考；(3) 推广温室气体排放研究方法和技术，提高我国水利工程的管理和环境治理水平。
三峡水库支流甲烷排放研究进展
三峡水库支流甲烷排放研究进展毛羽丰;何蕊序;李宏;杨胜发;余薇薇;叶开来;林彤;白小霞;何强【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2024(36)1【摘要】甲烷(CH_(4))对全球温室效应有着较大的贡献。
三峡水库自2003年蓄水以来,其CH_(4)排放问题已受到广泛关注。
但三峡水库反季节的运行方式,使支流库湾CH_(4)的产生和传输过程受到多方面的影响,进而导致其CH_(4)排放效应尚不十分明确。
本文综述了三峡水库支流CH_(4)排放的研究进展,典型支流的CH_(4)排放通量普遍高于干流,位于三峡水库库尾的部分支流CH_(4)排放通量高于三峡水库库首及库中支流。
大多数典型支流的CH_(4)通量在夏季均达到全年峰值,而在冬季高水位运行期均处于相对较低的水平。
同时本文主要从水环境条件、水动力条件、人类活动及气象条件4个方面阐述了三峡水库支流CH_(4)排放的影响因素。
1)水环境条件:支流水华后藻类衰亡分解过程会驱动CH_(4)释放,且藻类的演替过程会加剧CH_(4)的产生;温度可以直接影响CH_(4)的生成速率和消耗速率,也能通过促进藻的生长间接影响CH_(4)排放;支流相对较低的甲烷氧化菌丰度是其CH_(4)通量较高的原因之一。
2)水动力条件:蓄水期CH_(4)主要以扩散的方式进行释放,支流较低的流速促进了悬浮物的沉积,上游沉积物中的CH_(4)含量高于下游;泄水期CH_(4)主要以冒泡的方式进行释放,下游沉积物中TOC急剧增加,但干流的入侵会削弱支流的温度分层,破坏藻类生长环境,间接影响CH_(4)通量。
3)人类活动:农业耕作使支流水体中的营养物浓度增加,甲烷氧化菌的丰富度降低,细菌群落的营养相关代谢增强;建设用地扩大、支流筑坝增加抑制了有机物的传输,增加了水体中的产CH_(4)底物,促进了CH_(4)的产生。
4)气象条件:降雨会携带更多营养物质进入支流,同时会增加水体浊度、破坏水体的温度分层,从而对CH_(4)的产生和传输过程造成影响。
香溪河秋季水_气界面温室气体通量日变化观测及影响因素分析_黄文敏
之间， 夜间释放通
· （ m· h） 之间． N2 O 白天释放通量范围在 18. 4 ～ 133. 7 μg
2
－1
之间， 夜间释放通量范围在
之间． 通过相关性分析， 秋季香溪河水气界面 CO2 交换通量与风速呈显著正相关， 与 pH 值显著
a 有一定相关性； CH4 交换通量与气压有一定的相关性； N2 O 交换通量与 pH 值显著正相关． 负相关， 与 Chl关键词： 香溪河； 水气界面； 温室气体交换通量； 三峡大坝； 日变化
［4 ］ 体通量观测最常用的一种方法． Duchemin 等 利 ［16 ］
用静态箱对魁北克北部新旧两个水库的水气界面温 ［17 ］ 室气体扩散通量进行了观测． 陈永根等 、蒋滔 利用静态观测箱技术观测了滇池 、太湖、三峡 水库等水气界面的通量变化规律． 本实验中具体采 样设备及采样过程如下： 气样采集设备为通量箱， 箱 体（ 直径 30 cm， 高 45cm ） 采用不锈钢材质， 箱顶设 有微型风扇以便于使箱内的空气混合均匀 ； 采用不 透光不散热的硒膜将箱体覆盖， 减少光线对箱内温 度的影响． 采样前， 将箱口朝上大约 5 min， 以便箱 内充满空气， 采样时将采样箱置于水面， 使箱口浸入 水中， 保证箱内空气与外界隔绝． 每隔 15 min 用针 筒抽取采样箱内气体 200 mL， 注入铝箔采气袋保 存， 每个采样点共取 4 次． 考虑到抽气间隔时间将 影响到气体浓度及气体交换通量的结果分析 ， 作者 15 及 20 min 抽气采 分别间隔 10 、 特进行了预实验， 样， 气体浓度（ 以 CH4 结果为例） 随抽气时间的变化 图见图 2． 15 min 采样间隔［ 图 2 （ b） ］ 能实现气体 笔者确定为抽气间隔时间． 全 释放达到线性平衡， 部样品采集完送回实验室 48 h 内完成 CO2 、CH4 、 等
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第37卷 第4期水生生物学报Vol. 37, No.4 2013年7月ACTA HYDROBIOLOGICASINICAJul., 2 0 1 3收稿日期: 2012-05-18; 修订日期: 2013-03-17基金项目: 国家自然科学基金项目(31100340); 国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB955904-06)资助 作者简介: 赵玮(1987—), 女, 河南郑州人; 硕士研究生; 主要研究方向为水环境科学。
E-mail: zhaowei@ 通信作者: 毕永红, E-mail: biyh@; 胡征宇, E-mail: huzy@doi: 10.7541/2013.95三峡水库湖北段甲烷排放通量时空特征及其影响因素分析赵 玮1, 2 朱孔贤1, 2 黄文敏1 毕永红1袁希功1, 2 余博识1 胡征宇1(1. 中国科学院水生生物研究所, 武汉 430072; 2. 中国科学院大学, 北京 100049)TEMPORAL-SPATIAL PATTERNS OF METHANE EMISSION FLUX AND ITSINFLUENCE FACTORS IN HUBEI PART OF THREE GORGES RESERVOIRZHAO Wei 1, 2, ZHU Kong-Xian 1, 2, HUANG Wen-Min 1, BI Yong-Hong 1,YUAN Xi-Gong 1, 2 ,YU Bo-Shi 1 and HU Zheng-Yu 1(1. Institute of Hydrobiology , Chinese Academy of Sciences , Wuhan 430072, China ;2. University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China )关键词: 甲烷排放通量; 时空特征; 影响因素; 三峡水库Key words: Methane emission flux; Temporal-spatial patterns; Influence factors; The Three Gorges Reservoir 中图分类号: Q178.1+11 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2013)04-0776-06甲烷是一种重要的温室气体, 在大气中的浓度以每年1%的速率增加, 是CO 2增加速率的4倍, 其在100 a 的时间尺度上, 具有25倍于CO 2的增温潜力[1], 自20世纪90年代以来受到了学者们的广泛关注。
一般认为化石燃料燃烧是大气中温室气体增加的主要来源, 最近的研究发现自然水体和人工水库均可以排放甲烷。
水库在成库和运行过程中, 水柱和沉积物中的有机质可在厌氧条件下, 被产甲烷细菌等微生物作用, 释放甲烷; 当前, 水库排放的甲烷对大气温室效应的贡献成为了国内外争论的热点问题[2]。
有研究认为热带地区因水力发电修建的水库其温室气体排放量高于火电[3], 也有估算表明, 全球总面积为0.26×106 km 2的水库上游水域[4], 甲烷年排放量为4.8 Tg/yr (Tg = 1012 g)[5], 占全球甲烷年总排放量(503— 610 Tg/yr)[1] 的0.79%—0.95%。
迄今为止, 国际上关于水库甲烷排放的研究依然显得十分不足, 无法为厘清水库甲烷的温室效应提供必要的支持。
在中国, 水库温室气体排放的研究自2007年开始逐渐开展。
截止目前, 涉及水库甲烷排放研究的有密云水库[6]、二滩水库[7]、猫跳河流域梯级开发的各水库[8]、水布垭水库[9]和三峡水库[10, 11]。
目前, 对三峡水库(TGR)水面甲烷排放通量的研究均局限于长江干流的重庆段 [10]和支流的香溪河 [11]。
三峡水库是一座特大型的深水河流型水库, 2003年蓄水成库, 在成库的过程中淹没了大量的耕地, 由于其深水特性, 加之其在国际上的巨大影响, 其温室气体排放问题受到关注。
已有的研究均局限于特定水域, 或针对干流, 或针对支流开展温室气体的调查, 由于三峡水库的峡谷河道型特征, 需要同步开展干支流的调查才有助于全面深入认识三峡水库的温室气体排放“源汇”地位; 鉴于此于2010年三峡水库175 m 实验性蓄水完成之后的11月至2011年的10月间在三峡水库湖北段的干支流开展了温室气体的逐月调查监测, 本文主要介绍此次调查中甲烷排放通量的时空特征, 并结合库区环境状况分析了库区甲烷排放通量与环境因素之间的关系, 对于理解三峡水库的甲烷排放规律具有一定的指导意义。
1 材料与方法1.1 样点设置在三峡水库湖北段设置5个采样位点(图1), 其中长网络出版时间：2013-08-08 18:31网络出版地址：/kcms/detail/42.1230.Q.20130808.1831.028.html4期 赵 玮等: 三峡水库湖北段甲烷排放通量时空特征及其影响因素分析 777江干流设置2个采样点, 分别位于茅坪(MP, E 110º59′07″, N 30º50′48″, 河床高程58 m)和归州(GZ, E 110º40′48″, N 30º59′55″, 河床高程62 m), 沿库区支流香溪河口至上游设置3个采样点, 分别位于香溪河口(HK, E 110º45′47″, N 30º58′18″, 河床高程70 m)、峡口(XK, E 110º46′58″, N 31º07′17″, 河床高程120 m)和回水末端的高阳(GY, E 110º45′30″, N 31º13′32″, 河床高程152 m), 6—8月, 库区水位降至145 m, 回水末端采样点前移 3 km, 坐标为E 110º45′09″, N 31º11′52″, 河床高程144 m 。
1.2 样品采集及分析气体样品采样自2010年11月至2011年10月, 于每月15日左右的上午9:00—11:00进行。
温室气体采集-分析方法采用静态箱-气相色谱法。
气体采样箱的设置、气体采集和分析方法以及甲烷排放通量(F CH4)的计算参见文献[12]。
1.3 环境参数测定气体采样的同时进行环境参数的测量。
利用温度传感器测量静态箱内温度, 利用Kestrel 4000风速气象仪(NK 公司, 美国)记录水面气温(AT)、气压(AP)、风速(WS), 现场测量水温(WT)等水体理化参数(YSI ProPlus, YSI 公司, 美国), 赛氏盘法测量水体透明度(SD), 并采集表层水样(0.5 m 水深处), 并将水样带回实验室分析Chl. a 、TP 、TN 、COD Mn 等水质指标, 分析方法参见文献[13]。
计算水体综合营养状态指数TLI(Σ) [14]。
水-气温差(TG)为气温和水温的差值。
并用Multi-N/C2100 TOC 分析仪(耶拿公司, 德国)测量水体中溶解性有机碳(DOC)含量。
根据采样点高程(宜昌水文局提供)及库区即时水位(中国长江三峡集团公司提供)计算采样位点的水深(Depth)。
2011年3月和10月用彼得森式采泥器采集各位点表层沉积物(10 cm), 现场用甘汞电极测量沉积物氧化还原电位(Eh)。
泥样0 ℃冷藏带回实验室, 用Multi-N/C2100- HT1300固体模块测量沉积物中有机碳(TOC)含量。
1.4 统计分析方法数据处理: 四季的划分, 春季为3—5月, 夏季为6—8月, 秋季为9—11月, 冬季为12—2月(翌年); 每个季节甲烷排放通量为5个位点数据的平均值; 不同空间甲烷排放通量为各个位点周年的平均值。
采用SPSS13.0软件的单因素方差分析(One-Way ANOVA)方法分析数据之间的差异性, P <0.05为显著水平; 采用相关分析(Bivariate correla-tions)方法分析数据之间的相关性, P <0.01为极显著水平。
2 结果2.1 甲烷排放通量的时间变化如图2所示, 三峡水库湖北段水-气界面周年都表现为甲烷排放, 甲烷平均排放通量从秋季到夏季逐渐增加。
秋季甲烷平均排放通量为(0.044±0.029) mg/(m 2·h), 9月出现最高值[(0.056±0.023) mg/(m 2·h)]; 冬季甲烷平均排放通量为(0.062±0.034) mg/(m 2·h), 2月出现最高值[(0.079±0.045) mg/(m 2·h)]; 春季甲烷平均排放通量为(0.074±0.037) mg/(m 2·h), 5月出现最高值[(0.080±0.045) mg/(m 2·h)]; 夏季甲烷平均排放通量为(0.229±0.320) mg/(m 2·h), 7月出现最高值[(0.404±0.486) mg/(m 2·h)](图2中月份数值未列出)。
One-Way ANOVA 分析结果表明, 甲烷排放通量存在明显的季节变化, 夏季的甲烷排放通量显著高于其他季节, 春季的甲烷排放通量显著高于秋季, 而春季与冬季之间、秋季与冬季之间的甲烷排放通量无显著差异。
2.2 甲烷排放通量的空间变化如图3a 所示, 三峡水库湖北段长江干流甲烷年平均排放通量为(0.057±0.033) mg/(m 2·h), 支流香溪河甲烷年平均排放通量为(0.132±0.220) mg/(m 2·h), One-Way ANOVA 分析结果表明, 长江干流的甲烷年平均排放通量与支流香溪河之间无显著差异。
如图3b 所示, 长江干流茅坪位点甲烷年平均排放通量为(0.053±0.018) mg/(m 2·h), 5月出现最大值为0.087 mg/(m 2·h); 干流归州位点甲烷年平均排放通量为(0.061±0.044) mg/(m 2·h), 7月出现最大值为0.153 mg/(m 2·h); 支流香溪河河口位点甲烷年平均图1 三峡水库湖北段甲烷排放通量研究的采样位点(图中圆圈所示)Fig. 1 Sampling sites of the methane emission flux research in Hubei part of TGR(shownas the circles)778 水生生物学报 37卷图 2 三峡水库湖北段甲烷排放通量的季节变化(柱状图上不同字母表示差异显著, 下图同)Fig. 2Seasonally variation of the methane emission flux in Hubei part of TGR (Column with different superscripts were significantly different, the same as below)排放通量为(0.049 ± 0.021) mg/(m 2·h), 4月出现最大值为0.081 mg/(m 2·h); 支流峡口位点甲烷年平均排放通量为(0.091 ± 0.146) mg/(m 2·h), 7月出现最大值为0.548 mg/(m 2·h); 支流高阳位点甲烷年平均排放通量为(0.256 ± 0.327) mg/(m 2·h), 7月出现最大值为1.196 mg/(m 2·h) (图3中月份数值未列出)。