雅鲁藏布江水文水化学特征及流域碳循环研究

论文摘要

碳循环作为地球各圈层相互连接与转化的纽带,是全球物质能量循环与气候变化的关键。作为当前全球变化研究热点的青藏高原,在全球陆海碳循环与气候变化中扮演着至关重要的角色,已引起诸多科学家极大的兴趣与关注。河流是研究全球碳循环和水循环的重要载体,一方面,河流水文水化学特征是流域内水-岩作用的反映,在一定程度上体现了流域物质元素迁移转化的规律;另一方面,河流表层水体脱碳（CO2）的效应普遍存在,CO2逸出并积极参与碳循环,使得河流成为连接陆海气三大碳库的重要通道和生物地球化学循环的关键环节。因此,青藏高原河流碳循环研究,不仅关系到青藏高原隆升与大气CO2平衡的世界难题,也是河流物质通量变化下陆-海相互作用影响所关注的热点,对认识青藏高原在全球碳循环与生态气候变化中的作用具有重要的意义,同时亦对可持续发展青藏高原丰富的水资源提供科学的理论依据。雅鲁藏布江做为青藏高原典型的高原河流,受人类活动影响较小,可以较真实的反映高原河流的地球化学特征。本文以高原面的雅鲁藏布江流域作为研究对象,选取不同季节（枯水期和丰水期）的代表月份进行野外实地调查与实验室检测,分析了雅江水文水化学特征及流域岩石化学风化速率积消耗大气CO2的通量特征;对雅江水体各形态碳通量变化、水体碳迁移转化以及水气界面CO2的交换通量进行了讨论分析,并探讨了流域碳循环源汇收支模式,得到了以下的结论和认知:（1）雅鲁藏布江河水主要来源于大气降水和冰川融雪,河水氢氧同位素值时空分布特征反映了雅江水体沿程的蒸发效应以及大气降水的高程效应和大陆效应;河水氚过量值反映出流域不同季节的水汽来源以及雅江水体受水-岩作用影响的特征。（2）雅鲁藏布江河水总体表现为弱碱性,河水水化学类型表现为Ca2+-HCO3-型,属于明显的“岩石风化类型”,依据质量平衡法计算得出,各端元对雅江河水溶解质的贡献大小依次为:碳酸盐源（56.23%）>硅酸盐源（23.66%）>蒸发岩源（16.91%）,碳酸盐岩化学风化作用占据主导地位,大气降水贡献率较小。（3）雅鲁藏布江高原面流域岩石化学风化速率为42.12 t/km2/a,平均消耗CO2速率为407.16×103 mol/km2/a,与世界大河对相比,雅江流域岩石化学风化速率和CO2消耗速率均处于较高水平,其年均CO2消耗通量约占全球岩石风化消耗CO2总通量的0.36%,显示出较强的流域化学风化作用及CO2消耗率,这与其独特的高原地质以及气候条件造成新鲜岩石不断暴露的特征有关。（4）雅鲁藏布江河水溶解无机碳（DIC）平均含量为2.05mmol/L,二氧化碳分压（pCO2）平均值为460.4 μatm,与世界大河相比,雅江pCO2整体处于极低的水平;水体DIC主要来源于流域岩石风化溶解和土壤CO2的输入,基于无机碳稳定同位素（δ13CDIC）的定量分析得出,丰水期,雅江水体中约60.51%的DIC来自于碳酸盐岩的贡献,剩余39.49%的DIC来自于土壤CO2;雅江水体溶解性有机碳（DOC）和颗粒性有机碳（POC）平均值分别为0.15mmol/L和0.19mmol/L,主要来源于外源作用的输入,受流域土壤贫瘠、温度较低等特征的影响,含量较低,总有机碳含量约为DIC浓度的17%,雅江水体中各形态碳以DIC为主;同时,水体高DIC浓度主导的碳酸盐体系是影响pCO2分布的主要因素。（5）采用静态箱法和水化学模型梯度法分别计算了雅江水-气界面CCO2交换通量（FCo2）,其值具有一定的一致性;以静态箱法作为真值,雅江枯水期和丰水期FcO2均值分别为2.95 mmol/m2.d和8.59 mmol/m2.d,沿程均有CO2排放和吸收的现象,整体表现为大气CO2的“弱源”。通过与世界河流的FCO2相比可知,雅江FCO2值处于低值水平,显示出雅江较弱的脱碳效应。（6）统计分析指出,影响雅江水体CO2交换通量的因素较多,其中,岩石化学风化作用主导的碳酸盐平衡体系对水体CO2的交换通量起着主要控制作用;流域贫瘠的土壤以及水体较低的DOC浓度,表明生物效应对雅江FcO2的影响相对较小。（7）基于以上分析,首次构建了雅鲁藏布江高原面流域的碳循环源汇收支模型。从碳循环收支模型可知,雅江将90.45%的碳输送至高原面下游,其中又以溶解无机碳为主（79.50%）;雅江整体的脱碳效应较弱（1.07%）,流域吸收CO2通量约是水体CO2释放量的51倍,具有很明显的流域碳汇效应,表现出独特的高原河流碳循环体系。（8）理论分析指出,与大多数河流土壤CO2及初级生产力过剩造成水体pCO2过饱和不同的是,雅江流域强烈的岩石化学风化作用维持着水体高DIC浓度的碳酸盐体系是控制雅江水体pC02分布及其释放强度的主要因素,流域内较弱的生物效应,使得河流生物脱碳和固碳作用较弱。因此,雅江的脱气和有机碳埋藏比例远低于世界其它的内陆水体。雅江充当着类似“管道”的角色,向下游乃至海洋输送的高原化学风化作用提供的生源物质,对下游地区和海洋的物质补给及其生态环境的建立起着重要的作用;此外,青藏高原独特的高原气候与地质条件造成高原河流流域显著的岩石风化作用,对地球系统吸收和平衡大气CO2浓度起着重要的调控作用,对全球生态气候的变化可能有着重要的影响。一定程度上,说明并支持了“构造隆升驱动气候变化”的假说。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 包宇飞

导师: 王雨春

关键词: 碳循环,青藏高原,雅鲁藏布江,水文水化学特征,消耗通量,交换通量

来源: 中国水利水电科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 中国水利水电科学研究院

基金: 国家自然科学基金(91547109),国家自然科学基金重点项目(91647208),中国水利水电科学研究院博士生学位论文创新研究基金

分类号: P342

总页数: 138

文件大小: 10563K

下载量: 607

相关论文文献

• [1].城市化对流域水文过程的影响模拟与预测研究[J]. 水力发电学报 2020(09)
• [2].环境变化对流域水文水资源的影响[J]. 河南水利与南水北调 2017(09)
• [3].流域水文年及丰枯水期划分方法[J]. 水文 2017(05)
• [4].森林生态系统对流域水文过程的影响研究进展[J]. 辽宁林业科技 2016(04)
• [5].对流域水文自动测报站网规划与建设的思考[J]. 科技创新导报 2012(25)
• [6].浑河流域水文要素年际间及年内演变过程分析[J]. 黑龙江水利科技 2020(04)
• [7].小流域水文流量的计算方法研究[J]. 环球人文地理 2014(16)
• [8].长江流域水文灾害多发的原因与防治措施[J]. 新课程(中学) 2010(09)
• [9].楠溪江流域水文特性分析[J]. 浙江水利科技 2011(03)
• [10].第六次长江流域水文协作会议在江西召开[J]. 人民长江 2011(22)
• [11].干旱区流域水文-生态过程耦合分析与模拟研究框架[J]. 南水北调与水利科技 2012(01)
• [12].地形分析在流域水文建模中的应用进展[J]. 地理与地理信息科学 2017(04)
• [13].气候变化对祖厉河流域水文环境的影响[J]. 水文 2011(04)
• [14].绥江流域水文特性分析[J]. 广东水利水电 2020(08)
• [15].环境变化对流域水文水资源的影响评估[J]. 河南水利与南水北调 2017(08)
• [16].生态流域水文单元划分方法研究[J]. 水文 2017(05)
• [17].流域水文数字模型建设与地质分析[J]. 黑龙江水利科技 2013(10)
• [18].流域水文信息系统研究与实践综述[J]. 遥感技术与应用 2013(03)
• [19].流域水文气象耦合的洪水预报研究及应用进展[J]. 气象科技进展 2014(02)
• [20].海河流域水文监测预报发展及能力提升对策[J]. 中国水利 2020(17)
• [21].流域水文动力系统的非线性动力学特征分析[J]. 科技情报开发与经济 2008(03)
• [22].海河流域防汛抗旱减灾体系建设与成就[J]. 中国防汛抗旱 2019(10)
• [23].生态水文对流域水文变异的影响分析研究[J]. 黑龙江水利科技 2019(06)
• [24].松辽流域水文集约化发展模式的思考[J]. 东北水利水电 2009(12)
• [25].海河流域典型旱灾水文重建与社会影响——以光绪三年大旱为例[J]. 人民珠江 2018(02)
• [26].干旱区流域水文生态系统质量综合评价研究——以新疆自治区玛纳斯河流域为例[J]. 水土保持通报 2012(02)
• [27].基于主成分分析法的嵌套流域水文相似性研究[J]. 水力发电 2016(12)
• [28].山西省岚河流域水文气象要素演变及响应关系[J]. 华北水利水电大学学报(自然科学版) 2017(04)
• [29].分布式流域水文物理模型的应用和检验[J]. 散文百家(新语文活页) 2018(01)
• [30].1951-2010年洮河流域水文气象要素变化的时空特征[J]. 冰川冻土 2013(05)

标签：碳循环论文;  青藏高原论文;  雅鲁藏布江论文;  水文水化学特征论文;  消耗通量论文;  交换通量论文;