Связь изменений концентрации CO2 над крупными акваториями бореальной и субарктической зоны северного полушария с их фенологическими фазами, определяемыми по данным спутника SMOS

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приводятся результаты сравнения данных реанализа о содержании углекислого газа в атмосфере и фенологических фаз крупных пресноводных акваторий, расположенных в бореальной и субарктической зоне, за 2012–2020 гг. В работе использованы данные реанализа CAMS global greenhouse gas reanalysis, которые представляют собой трехмерные поля содержания аэрозолей и химических составляющих в атмосфере, с полным покрытием земного шара. В данном исследовании использовались данные о среднем содержании CO2 в столбе воздуха над акваториями. Фенологические фазы пресноводных водоемов (водная поверхность, ледяной покров, разрушения льда) определялись по данным микроволнового радиометра MIRAS спутника SMOS. Проведенное сравнение и выполненный анализ показали, что концентрация CO2 в атмосфере над исследуемыми акваториями имеет сезонный циклический характер. Минимум концентрации соответствует летнему периоду из-за сильного фотосинтеза в акваториях, в результате которого углекислый газ поглощается в толще воды. Максимум концентрации CO2 над акваториями соответствует периоду разрушения ледяного покрова, приводящего к высвобождению накопленного за зимний период углекислого газа, который “запечатан” во льду и в водной толще подо льдом. У замерзающих озер, находящихся в бореальной зоне, помимо стабильного весеннего максимума CO2 иногда наблюдается сильный кратковременный выброс углекислого газа, также соответствующий стадии разрушения ледяного покрова. Этот выброс объясняется более высокой биопродуктивностью водоемов бореальной зоны по сравнению с акваториями субарктической зоны.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Тихонов

Институт космических исследований РАН; Институт водных и экологических проблем СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vtikhonov@asp.iki.rssi.ru
Россия, Москва; Барнаул

Е. В. Пашинов

Институт космических исследований РАН

Email: vtikhonov@asp.iki.rssi.ru
Россия, Москва

Д. М. Ермаков

Институт космических исследований РАН; Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

Email: vtikhonov@asp.iki.rssi.ru
Россия, Москва; Фрязино

И. В. Хвостов

Институт водных и экологических проблем СО РАН

Email: vtikhonov@asp.iki.rssi.ru
Россия, Барнаул

А. Н. Романов

Институт водных и экологических проблем СО РАН

Email: vtikhonov@asp.iki.rssi.ru
Россия, Барнаул

Список литературы

  1. Войнов Г. Н., Налимов Ю. В., Пискун А. А., Становой В. В., Усанкина Г. Е. Основные черты гидрологического режима Обской и Тазовской губ (лед, уровни, структура вод). СПб.: Нестор-История, 2017. 192 с.
  2. Каретников С. Г. Проявление климатических изменений в ледовом режиме Ладожского озера за последние 55 лет // Лед и Снег. 2021. Т. 61. № 2. С. 241–247.
  3. https://doi.org/10.31857/S2076673421020085.
  4. Романов А. Н., Хвостов И. В., Тихонов В. В., Шарков Е. А.Оценка гидрологических изменений водно-болотных угодий российской Арктики, Субарктики и северной тайги по данным микроволнового дистанционного зондирования // Исслед. Земли из космоса. 2022. № 4. С. 12–24. doi: 10.31857/S020596142204008X.
  5. Румянцев В. А., Драбкова В. Г., Измайлова А. В. Великие озера мира. СПб.: Лема, 2012. 370 с.
  6. Тихонов В. В., Хвостов И. В., Романов А. Н., Шарков Е. А.Анализ изменений ледяного покрова пресноводных водоемов по данным SMOS // Исслед. Земли из космоса. 2017. № 6. С. 46–53. doi: 10.7868/S0205961417060045.
  7. Тихонов В. В., Хвостов И. В., Романов А. Н., Алексеева Т. А., Синицкий А. И., Тихонова М. В., Шарков Е. А., Комарова Н. Ю. Межгодовые вариации собственного микроволнового излучения Обской губы в период ледостава и их связь с гидрологическими и климатическими изменениями региона // Соврем. проблемы дистанц. зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 6. С. 185–199. doi: 10.21046/2070–7401-2021-18-6-185-199.
  8. Denfeld B. A., Wallin M. B., Sahlée E., Sobek S., Kokic J., Chmiel H. E., Weyhenmeyer G. A. Temporal and spatial carbon dioxide concentration patterns in a small boreal lake in relation to ice-cover dynamics // Boreal Environment Research. 2015. V. 20. No. 6. P. 679–692.
  9. Denfeld B. A., Kortelainen P., Rantakari M., Sobek S., Weyhenmeyer G. A. Regional Variability and Drivers of Below Ice CO2 in Boreal and Subarctic Lakes // Ecosystems. 2016. V. 19. P. 461–476. https://doi.org/10.1007/s10021-015-9944-z.
  10. Engel F., Farrell K. J., McCullough I.M., Scordo F., Denfeld B. A., Dugan H. A., de Eyto E., et al. A lake classification concept for a more accurate global estimate of the dissolved inorganic carbon export from terrestrial ecosystems to inland waters // The Science of Nature. 2018. V. 105. Art. No. 25. 9 p. doi: 10.1007/s00114-018-1547-z.
  11. Gutierrez A., Castro R., Vieira P., Lopes G., Barbosa J. SMOS L1 Processor L1c Data Processing Model. Lisboa: DEIMOS Engenharia, 2017. 83 p.
  12. Inness A., Ades M., Agustí-Panareda A., Barré J., Benedictow A., Blechschmidt A.-M., Dominguez J. J., et al. The CAMS reanalysis of atmospheric composition // Atmospheric Chemistry and Physics. 2019. V. 19. No. 6. P. 3515–3556.
  13. https://doi.org/10.5194/acp-19-3515-2019.
  14. Karlsson J., Giesler R., Persson J., Lundin E. High emission of carbon dioxide and methane during ice thaw in high latitude lakes // Geophysical Research Letters. 2013. V. 40. No. 6. P. 1123–1127. doi: 10.1002/grl.50152.
  15. Kerr Y. H., Waldteufel P., Wigneron J.-P., Delwart S., Cabot F., Boutin J., Escorihuela M.-J., et al. The SMOS Mission: New Tool for Monitoring Key Elements of the Global Water Cycle // Proc. IEEE. 2010. V. 98. No. 5. P. 666–687. doi: 10.1109/JPROC.2010.2043032.
  16. Rantala M. V., Nevalainen L., Rautio M., Galkin A., Luoto T. P.Sources and controls of organic carbon in lakes across the subarctic treeline // Biogeochemistry. 2016. No. 129. P. 235–253. doi: 10.1007/s10533-016-0229-1.
  17. Sahr K., White D., Kimerling A. J. Geodesic Discrete Global Grid System // Cartography and Geographic Information Science. 2003. V. 30. No. 2. P. 121–134.
  18. Tikhonov V., Khvostov I., Romanov A., Sharkov E. Theoretical study of ice cover phenology at large freshwater lakes based on SMOS MIRAS data // The Cryosphere. 2018. V. 12. No. 8. P. 2727–2740. https://doi.org/10.5194/tc-12-2727-2018.
  19. Tikhonov V. V., Romanov A. N., Khvostov I. V., Alekseeva T. A., Sinitskiy A. I., Tikhonova M. V., Sharkov E. A., Komarova N. Yu. Analysis of the hydrological regime of the Gulf of Ob in the freezing period using SMOS data // Российская Арктика (Russian Arctic). 2022. № 2(17). P. 44–71. doi: 10.24412/2658-4255-2022-2-44-71.
  20. Tranvik L. J., Downing J. A., Loiselle S. A., Striegl R. G., Ballatore Th.J., Dillon P., Finlay K., et al. Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate // Limnology and Oceanography. 2009. V. 54. No. 6. Pt. 2. P. 2298–2314. doi: 10.4319/lo.2009.54.6_part_2.2298.
  21. Wen Z., Shang Y., Lyu L., Li S., Tao H., Song K. A Review of Quantifying pCO2 in Inland Waters with a Global Perspective: Challenges and Prospects of Implementing Remote Sensing Technology // Remote Sensing. 2021. V. 23. No. 13. Art. No. 4916. 15 p. https://doi.org/10.3390/rs13234916.
  22. Weyhenmeyer G. A., Karlsson J. Nonlinear response of dissolved organic carbon concentrations in boreal lakes to increasing temperatures // Limnology and Oceanography. 2009. V. 54. No. 6. Pt. 2. P. 2513–2519. doi: 10.4319/lo.2009.54.6_part_2.2513.
  23. Weyhenmeyer G. A., Kosten S., Wallin M. B., Tranvik L. J., Jeppesen E., Roland F. Significant fraction of CO2 emissions from boreal lakes derived from hydrologic inorganic carbon inputs // Nature Geoscience. 2015. V. 8. Iss. 12. P. 933–938. https://doi.org/10.1038/ngeo2582.
  24. Zimov S. A., Schuur E. A.G., Chapin F. S. Permafrost and the global carbon budget // Science. 2006. V. 312. P. 1612–1613. doi: 10.1126/SCIENCE.1128908.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Цикл органического углерода в озерах субарктической и бореальной зоны (https://www.arcticcirc.net/researchinterests/ gudasz-lake-carbon-cycles). Terrestrial – наземный; Algae pelagic – водоросли пелагические (растения или животные, обитающие в толще или на поверхности воды); Algae benthic – водоросли бентосные (совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте дна водоемов); Microbial decomposition – микробное разложение; Sedimentation – осаждение; Burial – захоронение.

Скачать (238KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Исследуемые акватории: а – оз. Байкал; б – Ладожское оз.; в – Обская губа; г – оз. Гурон; д – Большое Не- вольничье оз.; е – Большое Медвежье оз. Зеленым цветом указана область, соответствующая ячейке L1C SMOS.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сезонные вариации яркостной температуры и соответствующие им фенологические фазы для Большого Невольничьего оз. (северо-запад Канады).

Скачать (247KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сезонная динамика яркостной температуры и концентрации CO2 для исследуемых акваторий: а – оз. Бай- кал; б – Ладожское оз.; в – Обская губа; г – оз. Гурон; д – Большое Невольничье оз.; е – Большое Медвежье оз.

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сезонная динамика яркостной температуры и концентрации CO2 за трехлетний период: а – для оз. Байкал (бореальная зона); б – для оз. Большое Медвежье (субарктическая зона).

Скачать (756KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сезонная динамика яркостной температуры и концентрации CO2 для двух тестовых участков с разным ланд- шафтом: а – лес; б – болото.

Скачать (687KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».