鄭彬彬 余瑞 周曉陽 劉玉潔 孫志剛 史文嬌 鄧祥征

1 海南大學 生態(tài)與環(huán)境學院,海口,570228 2 中國科學院地理科學與資源研究所,北京,100101 3 中國科學院大學,北京,100049

0 引言

甲烷是僅次于CO2的第二大人類活動溫室氣體,其對長壽命溫室氣體輻射強迫增加的貢獻率為16%[1].甲烷在大氣中的存續(xù)時間比CO2短,但其全球變暖潛能約為CO2的28倍.世界氣象組織的溫室氣體公報顯示,2020年大氣中的甲烷濃度已上升到1 889×10-9mol/mol,并且監(jiān)測記錄值還在不斷增長[2].此外甲烷還是平流層水蒸氣增加的主要貢獻者[3],而對流層上部和平流層下部的水汽變化對全球變暖具有重要影響,甲烷濃度的變化關(guān)系到區(qū)域乃至全球氣候變化.大氣甲烷(CH4)來源既有以濕地排放為主的自然源,也有以農(nóng)業(yè)和工業(yè)為主的人為源.地表甲烷源匯平衡決定了全球甲烷收支[4].地表甲烷來源包括生物源(濕地、湖泊、農(nóng)業(yè)、廢物/填埋場、永久凍土)、熱源(化石燃料使用和自然滲漏、生物量和生物燃料燃燒)或混合源(水合物、地質(zhì)).全球甲烷排放的60%來自人為源,主要包括中緯度和熱帶的活動,如農(nóng)業(yè)活動和廢物處理等，其余40%為自然源[1],主要源自濕地的甲烷排放,并且濕地的甲烷排放對關(guān)鍵氣候因子的變化高度敏感[5].

熱帶地區(qū)甲烷濃度在時間和空間分布上具有異質(zhì)性,且關(guān)鍵氣候因子直接或者間接影響著甲烷濃度的時空分布.從20世紀90年代中期到2000年代中期,大氣中甲烷濃度的增長率接近于零,反映出其源和匯的近平衡.然而,自2006年以來,增長率再次轉(zhuǎn)為正值[6],其中北半球中緯度地區(qū)和熱帶地區(qū)增幅最大[7],目前這一增長的成因尚未達成一致見解,但關(guān)于人類活動導致的甲烷排放增長以及氣候變化導致的熱帶和亞熱帶濕地排放增加的認知卻日趨明晰.熱帶濕地被認為是極為重要的甲烷排放來源[7],已有研究顯示熱帶地區(qū)的甲烷排放量約占全球排放總量的2/3[4],但目前針對熱帶地區(qū)甲烷濃度時空分布的特征及其與氣候變化的關(guān)聯(lián)研究鮮有報道.關(guān)鍵氣候因子中氣溫與降雨對甲烷濃度影響最為顯著[8].氣候變暖和降雨增加通常相伴發(fā)生[9],已有大量研究報道降雨的增加顯著降低了甲烷的凈吸收速率,促進了甲烷的排放[10];氣溫則通過影響生物系統(tǒng)中的反應速率[11],直接刺激產(chǎn)甲烷菌的生物活性,進而促進甲烷排放.典型泥炭地中甲烷排放因素的研究結(jié)果顯示泥炭地甲烷排放對溫度具有極強的依賴性[12-13].進一步地,Javadinejad等[14]研究發(fā)現(xiàn)甲烷濃度與氣溫、地表溫度呈正相關(guān),與降雨、濕度呈負相關(guān).由此可見,熱帶地區(qū)甲烷濃度與氣溫和降雨變化密切關(guān)聯(lián).

除此之外,大氣甲烷濃度還具有明顯的季節(jié)性特征.Crevoisier等[15]利用GOSAT、MODIS的衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及降雨、溫度和濕度等氣候數(shù)據(jù)反演得到北美地區(qū)甲烷的時空分布特征,結(jié)果表明其在北半球熱帶地區(qū)具有強季節(jié)性關(guān)聯(lián),其最大值出現(xiàn)在1—3月,最小值出現(xiàn)在7—9月,而在南半球熱帶地區(qū)具有較弱的季節(jié)性關(guān)聯(lián);Xiong等[16]研究認為中國甲烷排放通常在夏季達到最大值;Crippa等[17]根據(jù)全球大氣研究排放數(shù)據(jù)庫(EDGAR)5.0版提供的1970—2015年的年度人為甲烷排放網(wǎng)格圖和2015年的月度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，中國甲烷濃度的季節(jié)性變化主要原因是農(nóng)業(yè)活動在6—8月達到峰值.雖然此類研究的數(shù)據(jù)具有很大的不確定性,尤其是EDGAR數(shù)據(jù)將中國地區(qū)的甲烷濃度高估了近1倍,但研究結(jié)果均表明氣候因子季節(jié)性變化影響著大氣甲烷濃度.目前,關(guān)于甲烷的研究多集中于甲烷匯與源及濃度變化的研究[18],而少有關(guān)于其與關(guān)鍵氣候因子季節(jié)性關(guān)聯(lián)的研究.本研究結(jié)合多種遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品探討不同季節(jié)甲烷濃度趨勢和氣溫趨勢、降雨趨勢的相關(guān)性,厘定海南島甲烷濃度與關(guān)鍵氣候因子的關(guān)聯(lián)效應;同時利用增強回歸樹模型,探索關(guān)鍵氣候因子與地形因子對甲烷濃度分布的貢獻度.本研究可為實現(xiàn)非二氧化碳溫室氣體的減排與氣候變化管理提供科學依據(jù).

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

海南島地處熱帶北緣,地理位置介于108°03′～111°03′E和18°10′～20°10′N之間,高程分布區(qū)間為-43～1 821 m(圖1).氣候類型屬熱帶海島季風氣候,氣溫年較差小,全年平均氣溫為22.5～25.6 ℃,年均降雨量為900～2 500 mm,一年分干濕兩季,隨著降雨不斷增多,海南島5月開始進入雨季直至10月結(jié)束,全年80%～90%的降水集中在雨季;11月起進入旱季持續(xù)到來年4月.地形地貌復雜多樣,土地利用類型豐富,土地利用現(xiàn)狀以林地和耕地為主,農(nóng)田可全年種植.

圖1 海南島DEM

1.2 數(shù)據(jù)與處理

本研究所使用的原始甲烷濃度數(shù)據(jù)來自GHGSat(https:∥pulse.ghgsat.com/),該數(shù)據(jù)集提供2020年4月至2021年11月、空間分辨率為2 km×2 km、時間分辨率為7 d的全球甲烷濃度信息,此數(shù)據(jù)集經(jīng)相關(guān)項目的前期研究做了系統(tǒng)整理[19-20].本研究將每7 d的甲烷均值數(shù)據(jù)合成月尺度和年尺度數(shù)據(jù),并在后續(xù)研究中利用1—12月的甲烷濃度月均值進行分析.氣溫和降雨數(shù)據(jù)源自國家科技基礎(chǔ)條件平臺——國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心黃土高原分中心(http:∥loess.geodata.cn),該數(shù)據(jù)集通過Delta空間降尺度方案根據(jù)CRU發(fā)布的全球0.5°氣候數(shù)據(jù)集以及WorldClim發(fā)布的全球高分辨率氣候數(shù)據(jù)集在中國地區(qū)降尺度生成,并且使用496個獨立氣象觀測點數(shù)據(jù)進行了數(shù)據(jù)驗證.DEM數(shù)據(jù)集來自中國科學院資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心(https:∥www.resdc.cn/),數(shù)據(jù)采用WGS84橢球投影,基于最新的SRTM V4.1數(shù)據(jù)經(jīng)整理拼接生成的90 m的分省數(shù)據(jù).本研究將其空間分辨率采樣至0.01°,并使用ArcGIS中的空間分析工具根據(jù)海拔高度計算出坡度和坡向.

1.3 研究方法

1.3.1 基于降雨效應的干濕季劃分和趨勢分析

基于甲烷濃度像元尺度的趨勢分析法能模擬海南島中每個柵格單元的甲烷濃度變化趨勢,從而反映甲烷濃度變化的方向和速率.計算公式為

(1)

式中:Y表示甲烷濃度像元線性回歸方程的斜率;yi表示甲烷濃度；i代表月數(shù)；n為時間跨度.當Y>0時,甲烷濃度呈增加趨勢;當Y=0時,甲烷濃度基本穩(wěn)定,無明顯變化;當Y<0時,甲烷濃度呈減少趨勢.

1.3.2 趨勢相關(guān)性分析

本研究計算了甲烷濃度趨勢與關(guān)鍵氣候因子趨勢的相關(guān)性,如下所示:

(2)

xi為1—12月氣溫或降雨的逐像元趨勢,yi為1—12月甲烷濃度的逐像元趨勢,n為像元數(shù).隨后,對甲烷濃度趨勢、氣溫趨勢以及降雨趨勢構(gòu)建多元線性回歸模型,并以回歸系數(shù)來估計各因子的貢獻度,進而確定在不同氣溫和降雨條件下影響甲烷濃度時空分布的主導因素.

1.3.3 基于BRT的相對貢獻率分析

使用增強回歸樹(Boosted Regression Tree,BRT)評估1—12月氣候因子與地形因子對于海南島甲烷濃度變化的相對影響程度.此算法通過遞歸二元分割預測變量數(shù)據(jù)集建立小回歸樹的大集合,并利用線性回歸方法對該集合進行建模.本研究在進行BRT分析之前,對甲烷濃度與氣候因子以及地形因子進行皮爾遜相關(guān)分析和顯著性分析.使用R語言中的GBM包進行BRT分析,得到關(guān)鍵氣候因子和地形因子在干季和濕季對甲烷濃度的相對貢獻率.將1—12月平均甲烷濃度的逐像元數(shù)據(jù)作為響應變量,同一時期的氣候因子和地形因子作為解釋變量.BRT算法原理如下:

假設(shè)數(shù)據(jù)集為D={(x1,y1),(x2,y2),…,(xN,yN)},損失函數(shù)L(y,f(x)),每棵回歸樹的葉節(jié)點數(shù)為J,將其輸入空間分割成互不相交的區(qū)域R1m,R2m,…,Rjm,每個區(qū)域估計的常量值bm,回歸樹gm(x).

1)f(x)表示響應變量y(甲烷濃度)和解釋變量x(氣候因子和地形因子)之間的關(guān)系,將它們的初始值設(shè)置為0,則

f0(x)=0.

(3)

2)m為迭代序列值,樣本總數(shù)為n,當m=1∶n時,則殘差

(4)

3)利用最小二乘回歸樹對2)中所得的殘差r采用平方誤差作為損失函數(shù)L,通過計算損失函數(shù)L最小值求取每棵樹節(jié)點的權(quán)重ρm:

ρm=L(y,fm-1(x)+ρgm(x)).

(5)

4)通過計算回歸樹節(jié)點權(quán)重,更新回歸樹模型:

fm(x)=fm-1(x)+ρmgm(x).

(6)

5)輸出最終的BRT模型:

(7)

2 結(jié)果

2.1 甲烷濃度變化季節(jié)性規(guī)律

本研究分析2020—2021年間甲烷濃度的月均值變化的季節(jié)性規(guī)律,結(jié)果表明海南島甲烷濃度具有季節(jié)性波動特征,且與關(guān)鍵氣候因子的變化在月尺度上具有較高的一致性(圖2).總體來看,甲烷濃度在2—8月呈緩慢下降趨勢,并于8月降至最低值1 752×10-9mol/mol,而在9月到次年1月呈迅速增加趨勢,并于次年1月達到最大值約為1 878×10-9mol/mol.相比之下,月尺度的氣溫數(shù)據(jù)呈現(xiàn)先增后減的趨勢,即1—5月氣溫逐漸升高,并在5月氣溫達到最大值29.57 ℃,而6—12月氣溫逐漸降低.降雨的年內(nèi)變化表現(xiàn)為:1—8月,降雨逐漸增加;9—10月受臺風影響較大,降雨出現(xiàn)較為明顯的波動,并在10月達到最大值327.91 mm;隨后的11—12月,降雨逐漸減少.基于上述氣溫和降雨的年內(nèi)變化規(guī)律,即在1—4月、11—12月氣溫與降雨量較小,5—10月氣溫較高、降雨量大，因此,本研究將海南島1—4月、11—12月劃分為干季,5—10月劃分為濕季單獨分析.

圖2 2020—2021年甲烷濃度月均值與氣溫、降雨月均值變化趨勢

2.2 海南島甲烷濃度的空間分布和趨勢變化

全年、濕季以及干季的甲烷濃度空間分布分別如圖3a、圖3b及圖3c所示.海南島全年甲烷濃度月均值的最高值為1 900×10-9mol/mol,最低值為1 721×10-9mol/mol;海南島大部分地區(qū)的甲烷濃度均大于1 800×10-9mol/mol,甲烷濃度的高值集中在海南島沿海地區(qū),而在海南島中部為甲烷濃度低值聚集區(qū)(圖3a).濕季甲烷濃度的分布較為均勻,其中最高值為1 898×10-9mol/mol,最低值為1 710×10-9mol/mol,其分布特征與全年甲烷濃度的分布相似(圖3b);干季的甲烷濃度最高值為1 903×10-9mol/mol,最低值為1 707×10-9mol/mol,干季甲烷濃度的高值多分布在海南島西線,如文昌、?？凇⒊芜~、臨高、東方等市縣,甲烷濃度低值則聚集在海南島中部山區(qū),如五指山、霸王嶺以及尖峰嶺一帶(圖3c).干季甲烷濃度最高值較濕季增加了5×10-9mol/mol,但最低值較濕季降低了3×10-9mol/mol.

圖3 甲烷濃度空間分布及趨勢變化(a、b、c分別為全年、濕季、干季甲烷濃度的空間分布;d、e、f分別為全年、濕季、干季甲烷濃度的空間趨勢變化)

應用線性回歸對海南島甲烷濃度1—12月進行逐月趨勢變化分析,繪制甲烷濃度的趨勢變化空間分布圖(圖3d、圖3e、圖3f).1—12月甲烷濃度趨勢變化如圖3d所示,甲烷濃度呈現(xiàn)顯著下降趨勢的區(qū)域占比為50.35%(P<0.05),甲烷濃度呈現(xiàn)顯著增長趨勢的區(qū)域占比為0.90%(P<0.05),甲烷濃度無顯著變化的區(qū)域占比為48.75%.從甲烷濃度變化趨勢空間分布來看,甲烷濃度顯著增長區(qū)域主要集中在海南島中部地區(qū),而顯著下降區(qū)域僅零星分散在海南島西南部.濕季甲烷濃度的趨勢變化如圖3e所示,甲烷濃度呈現(xiàn)顯著下降趨勢的區(qū)域占比為20.21%(P<0.05),甲烷濃度呈現(xiàn)顯著增長趨勢的區(qū)域占比為0.52%(P<0.05),甲烷濃度無顯著變化的區(qū)域占比為79.27%.干季甲烷濃度的趨勢變化如圖3f所示,甲烷濃度呈現(xiàn)顯著下降趨勢的區(qū)域占比為26.00%(P<0.05),甲烷濃度呈現(xiàn)顯著增長趨勢的區(qū)域占比為1.05%(P<0.05),甲烷濃度無顯著變化的區(qū)域占比為72.95%.干季的甲烷濃度趨勢變化與全年甲烷濃度的月變化趨勢變化相似,但呈顯著下降趨勢的區(qū)域明顯減少.濕季的甲烷濃度與全年甲烷濃度的月變化趨勢相比,顯著增長趨勢占比降低了0.38個百分點,顯著下降趨勢占比降低了30.14個百分點;與干季趨勢相比,濕季的甲烷濃度顯著增長趨勢占比降低了0.53個百分點,顯著下降趨勢占比降低了5.79個百分點.

2.3 關(guān)鍵氣候因子對甲烷濃度季節(jié)性變化的貢獻度

不同季節(jié)的甲烷濃度與氣候因子、地形因子進行皮爾遜相關(guān)分析以及顯著性檢驗的結(jié)果顯示:全年甲烷濃度與氣溫、降雨、海拔以及坡度均存在相關(guān)性(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.29、-0.24、-0.37、-0.22,而與坡向無顯著相關(guān)性(圖4a);濕季甲烷濃度與氣溫、降雨、海拔以及坡度均有相關(guān)性(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.22、-0.32、0.24、-0.12,而與坡向無顯著相關(guān)性(圖4b);干季甲烷濃度與氣溫、降雨、海拔、坡度均存在相關(guān)性(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.32、-0.11、-0.49、-0.34(圖4c).

圖4 甲烷濃度與氣候、地形等因子的相關(guān)性熱力圖(pre、tem、dem、aspect、slope分別表示降雨、氣溫、海拔、坡向、坡度a、b、c分別表示全年、濕季和干季三個時期)

本研究選擇氣溫、降雨、海拔和坡度作為非生物因子,計算其在不同季節(jié)對甲烷濃度分布的貢獻度(由于坡向?qū)淄闈舛扔绊憳O小，故在文中未作分析).結(jié)果分別如圖5a、5b、5c所示:影響甲烷濃度分布最大的非生物影響因子是海拔,其相對貢獻率高達71.95%,其次分別為降雨、氣溫和坡度,相對貢獻率依次為20.52%、5.66%、1.87%;對濕季甲烷濃度影響程度最大的因子也是海拔,但其相對貢獻率有所減小,貢獻率為53.77%,而降雨、氣溫和坡度的相對貢獻率依次為28.98%、15.12%、2.12%;對干季甲烷濃度分布影響程度最大的仍是海拔，為75.63%,其相對貢獻率遠高于濕季,降雨、氣溫和坡度的相對貢獻率依次為18.37%、3.68%、2.33%.

圖5 基于BRT分析各因子對甲烷濃度分布的貢獻度(pre、tem、dem、slope分別表示降雨、氣溫、海拔以及坡度,a、b、c分別表示全年、濕季和干季三個時期)

為進一步探明關(guān)鍵氣候因子對海南島甲烷濃度時空分布的貢獻度,本文將甲烷濃度趨勢和氣候因子(氣溫、降雨)趨勢進行相關(guān)性分析.結(jié)果顯示,全年、濕季、干季的甲烷濃度趨勢與氣溫趨勢均有正相關(guān)性,其中：全年甲烷濃度趨勢與氣溫趨勢的相關(guān)系數(shù)為0.29(圖6a)；濕季甲烷濃度趨勢與氣溫趨勢的相關(guān)系數(shù)為0.22(圖6b),較全年甲烷濃度趨勢同氣溫趨勢的相關(guān)系數(shù)降低了0.07;干季甲烷濃度趨勢與氣溫趨勢的相關(guān)系數(shù)為0.32(圖6c),是三者中相關(guān)性最高的,比全年甲烷濃度趨勢與氣溫趨勢的相關(guān)系數(shù)高出了0.3.不論是全年甲烷濃度趨勢還是干季、濕季的甲烷濃度趨勢均與降雨的趨勢成負相關(guān)關(guān)系(圖6d、圖6e、圖6f)，其中：全年甲烷濃度與降雨的相關(guān)系數(shù)為-0.24(圖6d)；濕季甲烷濃度趨勢與降雨趨勢的相關(guān)系數(shù)為-0.32(圖6e),相較全年甲烷濃度趨勢而言,其與降雨趨勢的相關(guān)系數(shù)降低了0.8;干季甲烷濃度趨勢與降水趨勢的相關(guān)系數(shù)為-0.11(圖6f),低于前兩者的相關(guān)系數(shù),可見在干季降雨趨勢對甲烷濃度趨勢變化影響較小.

圖6 甲烷濃度趨勢與氣溫、降雨趨勢的相關(guān)性散點圖(a、b、c分別表示全年、濕季、干季與氣溫趨勢的相關(guān)性;d、e、f分別表示全年、濕季、干季與降雨趨勢的相關(guān)性)

3 討論

本研究表明海南地區(qū)甲烷濃度具有極為顯著的季節(jié)性,甲烷濃度在1—4月、9—12月逐漸增加,并于4月底達到最高值;5—8月逐漸下降,并于8月底降至最低值.這一結(jié)論與Crevoisier等[15]利用紅外大氣探測干涉儀(IASI)、高級微波探測單元(AMSU)反演2007年7月至2008年10月北熱帶甲烷濃度得到的結(jié)論相吻合,即甲烷濃度具有季節(jié)性變化規(guī)律,在7—9月出現(xiàn)最小值,在1—3月出現(xiàn)最大值.但Javadinejad 等[14]利用GOSAT和MODIS的衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及降雨、溫度和濕度等氣候數(shù)據(jù),分析了2012—2018年北美地區(qū)甲烷濃度的月變化和季節(jié)變化所得出的結(jié)果卻表明:10月和9月甲烷濃度最大,3月和4月甲烷濃度最小.上述甲烷濃度季節(jié)性變化特征的差異源自季風的影響[21]：南半球西南季風的侵入是影響區(qū)域甲烷濃度偏低的原因;季風后西南氣流減弱時大氣甲烷濃度通常最高.甲烷濃度在2—4月出現(xiàn)最大峰值可能是廢水和垃圾場、腸道發(fā)酵和動物糞便管理的排放起主導作用[22].Saunois等[7]認為甲烷濃度具有季節(jié)性變化特征,生產(chǎn)資源(濕地、稻田和燃燒的生物質(zhì))的季節(jié)性變化以及甲烷在大氣反應中的排放為主要影響因素.

3.1 甲烷濃度與氣溫的季節(jié)性關(guān)聯(lián)特征

溫度對甲烷的產(chǎn)生和氧化起著重要作用.本研究中氣溫與甲烷濃度的線性回歸分析的回歸系數(shù)為0.29,表明隨氣溫升高甲烷濃度也隨之升高,這與宋朝清等[23]研究得出的結(jié)論相類似,即在環(huán)境溫度小于產(chǎn)甲烷菌的最適溫度(30～40 ℃)時,隨著氣溫升高甲烷濃度會不斷增高.溫度的變化可以使產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌由休眠狀態(tài)快速轉(zhuǎn)化為活化狀態(tài),從而徹底改變反應的速率繼而影響甲烷的排放.同時,植物介導的運輸、分子擴散以及甲烷的運動也隨著氣溫的升高而增強[24-25],進而間接影響甲烷濃度.目前已有大量研究證實了這一觀點,如Sweeney等[26]的研究表明甲烷濃度對溫度較為敏感,即在適宜溫度內(nèi)氣溫每升高10 ℃,甲烷濃度約增加1倍.Turetsky等[27]的研究發(fā)現(xiàn)甲烷濃度與產(chǎn)甲烷微生物生物量的豐度之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系,表明溫度變化也會刺激產(chǎn)甲烷微生物數(shù)量的增加,并且甲烷在溫室氣體排放總量中的相對貢獻隨著季節(jié)氣溫的升高而增加[28-29],這也與本研究中氣溫是影響甲烷季節(jié)性濃度分布特征的關(guān)鍵氣候因子之一的結(jié)論相契合[30].

3.2 甲烷濃度與降雨的季節(jié)性關(guān)聯(lián)特征

溫度和降雨的季節(jié)性變化與甲烷的濃度分布通常具有很強的關(guān)聯(lián)性[31](圖2).土壤中甲烷濃度受到許多環(huán)境因素的控制,如降雨、溫度和氮沉降[32].本研究將甲烷濃度與降雨進行線性回歸分析,其回歸系數(shù)為-0.24,結(jié)果表明降雨量與甲烷濃度存在負相關(guān)關(guān)系.Wu等[31]認為8月土壤甲烷吸收速率明顯低于同年7月和9月,主要原因可能是較高的降雨量導致土壤環(huán)境出現(xiàn)半缺氧狀態(tài),并刺激甲烷的產(chǎn)生[33].已有研究表明,降雨增加會影響土壤碳氮循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)呼吸和植物生長,這表明降雨在調(diào)節(jié)陸地生態(tài)系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著重要作用[34].因為降雨控制土壤是否受澇[35]，所以即使是微小的降雨變化也可能影響微生物的活動和豐度,從而控制土壤甲烷的生產(chǎn)和消耗.研究發(fā)現(xiàn)降雨增加顯著降低了甲烷的凈吸收速率,促進了甲烷的產(chǎn)生[10].相反,較低的土壤水分水平會減少碳的釋放,這表明較干燥的土壤是主要的甲烷匯[36].

4 結(jié)論

本研究基于高分辨率的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),對海南島地區(qū)甲烷濃度的時空變化特征及其與氣候因子的季節(jié)性關(guān)聯(lián)分析得出:

1)海南島甲烷濃度存在顯著的季節(jié)性變化,在2—4月濃度較大,而在8—11月濃度較低.

2)甲烷濃度與氣溫呈正相關(guān),在1—4月隨著氣溫增加,甲烷濃度也隨之增加;甲烷濃度和降雨存在負相關(guān)關(guān)系,在9—11月隨著海南島降雨量的增加,甲烷濃度隨之降低.

3)甲烷濃度受多種環(huán)境因素影響,其中最為顯著的是海拔高度,這可能與海南島的地形、植被分布及人類活動有關(guān),但本文關(guān)注于關(guān)鍵氣候因子的作用,人類活動的影響未作考慮,這也是未來需進一步推進的研究方向之一.

4)本研究所采用的GHGSat甲烷數(shù)據(jù)產(chǎn)品與GOSAT數(shù)據(jù)產(chǎn)品相比,雖時間分辨率及空間分辨率較高,但在海南地區(qū)GHGSat數(shù)據(jù)缺失較為嚴重,整個海南島地區(qū)僅有2020年4月至今的數(shù)據(jù)，且五指山熱帶雨林國家公園地區(qū)幾乎沒有甲烷的濃度數(shù)據(jù)，也影響著本文甲烷濃度與氣溫和降雨之間的季節(jié)性關(guān)聯(lián)分析結(jié)果,且數(shù)據(jù)準確性暫未做驗證,未來亟需一套全國尺度高分辨率高質(zhì)量的甲烷濃度數(shù)據(jù)集,為我國非二氧化碳溫室氣體減排提供數(shù)據(jù)支撐.