中国石灰岩化学风化碳汇时空演变特征分析
摘要
明确区域乃至全球碳酸盐岩化学风化碳汇的量级、空间格局及演变特征对解决陆地遗失碳汇难题、碳循环系统收支不平衡等问题具有极其重要的意义. 为此, 文章利用长时间高精度生态气象水文栅格数据以及中国和周边44个流域的监测数据, 基于随机森林算法及碳酸盐岩最大潜在溶蚀模型, 对中国碳酸盐岩中最主要的岩石类型即石灰岩在2000~2014年的化学风化碳汇进行估算, 并对其空间格局、演变特征及趋势进行系统分析. 结果显示: 中国石灰岩区域Ca<sup>2+</sup>及<inline-formula id="INLINE1"><mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow other="0"><mml:mtext other="0">HCO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn other="1">3</mml:mn><mml:mo other="1">−</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>离子活度系数高值主要分布于中国北方和西北区域, 整体上呈现出由西北向东南逐渐减少的态势; 中国2000~2014年石灰岩年均风化碳汇通量为4.28t C km<sup>−2</sup> a<sup>−1</sup>, 各区域差别较大, 高值主要分布在中国东南岩溶区域, 并且呈现出由西北向东南逐级递增的状态; 在纬度上, 中国南方28.14°N以南是通量波动最大的区域, 整体上通量随着纬度的降低而呈现出增加的趋势; 在气候带上, 亚热带与热带区域是通量最大的区域, 对于寒带、中温带、暖温带以及温带区域, 荒漠气候带是这些气候类型中通量最小的区域, 而草原气候带及阔叶林气候带是通量最大的区域; 基于像元的趋势分析显示, 中国石灰岩风化碳汇处于轻微增加的状态, 其通量增长速率约为0.036t C km<sup>−2</sup> a<sup>−1</sup>; 全国石灰岩风化碳汇总量为7.07Tg C a<sup>−1</sup>, 在研究期间处于波动的状态, 在2002、2008及2010年为总量最大的三个年份, 在2011年为最低, 同样处于轻微增加的趋势, 其增长速率约为0.06Tg C a<sup>−1</sup>; 西藏自治区是中国石灰岩风化碳汇最大的行政区, 总量达到了1.20Tg C a<sup>−1</sup>, 南方岩溶区为中国石灰岩风化碳汇最大的岩溶分区, 总量为4.95Tg C a<sup>−1</sup>, 其碳汇占到中国石灰岩风化碳汇总量的70.01%; 基于不同类型碳酸盐岩的风化碳循环差异及其关系估算得到中国碳酸盐岩的风化碳汇总量可达11.37Tg C a<sup>−1</sup>, 其通量约为5.02t C km<sup>−2</sup> a<sup>−1</sup>, 碳酸盐岩风化碳汇总量相当于中国生物量碳汇的16.20%, 这说明碳酸盐岩风化碳汇是中国碳汇系统的重要组成部分. 此外, 排除径流深为负值区域的干扰, 中国碳酸盐岩风化碳汇通量可达6.54t C km<sup>−2</sup> a<sup>−1</sup>. 文章的研究模式对未来进一步改进全球尺度碳酸盐岩风化碳汇的精确估算具有重要的参考价值.