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Large tundra methane burst during onset of freezing 题目：融化初期苔原甲烷的爆发式排放 Mikhail Mastepanov1, Charlotte Sigsgaard2, Edward J. Dlugokencky3, Sander Houweling4,5, Lena Stro¨m1, Mikkel P. Tamstorf6 Torben R. Christensen1 陆地湿地甲烷排放是温室气体甲烷的最大排放源1。北半球高纬度地区湿地的排放量在整体的排放中更为值得重视，因为热带湿地和高纬湿地在总体甲烷排放中所占的比例仍然没有确定2-3。目前我们还不能解释所有实测的空间或者季节大气甲烷浓度的产生原因，在北半球高纬度地区更为显著。举例而言，在很多高纬度季节动态的观测中，都存在一个晚秋明显出现的持续高值（shoulder，在峰值后，数值并不剧烈下降，而是维持在一个较高的数值，持续较长，几周的时间），但是这个现象的原因仍然不清楚4。本文报道了在高纬北极地区的甲烷排放数据，观测时间扩展到晚秋和初冬—土壤结冻期，观测间隔为1小时。我们发现，在生长季结束后，排放量下降到稳定的低值，但是在土壤结冻期，排放量显著的升高。在结冻期的排放量相当于夏季排放量的总和。根据三维大气化学和运动模型模拟，加入结冻期的甲烷排放，使得在北纬60°地区的大气甲烷浓度模拟值和实测数据更为一致。我们的发现可以说明，冻土带在结冻期的甲烷排放，对于高纬度地区季节排放，是一个长期被忽视的重要组成部分。 关于永冻带苔原的甲烷排放的研究文献很多5–7，也认识到对高纬地区的大气甲烷浓度动态变化的重要作用8,9。对于生长季的排放量和动态研究一般采用的是低采样频率的手动呼吸室5,6,10结合只在生长季使用的高采样频率的呼吸室7，11，12Zackenberg山谷，（74.30°N 21.00°W）。实验地是典型的沼泽地，主要植物为禾草，主要品种有 Eriophorum scheuchzeri,Dupontia psilosantha 和 Arctagrostis latifolia，使用六个自动的通量呼吸室，每小时测量一次，呼吸室中的甲烷浓度使用偏轴激光光谱分析仪（FMA, Los Gatos Research）测量，仪器灵敏性好于10ppb，采用间隔是1秒。 得益于2007国际极地年的部分项目，Zackenberg实验站比正常情况多开放了两个月。这给了我们一个在晚秋和早冬观测甲烷通量的机会，得到了一个令人惊讶的高排放量（图1）。这些高并且多变的排放发生在土壤的活跃层逐渐结冻时期，也许积累在这层的甲烷在结冻过程中被挤压出来。这一现象在低纬度地区的研究中还没有被观察到，可能是因为永冻带底部阻止了甲烷向下扩散。秋季通量空间异质性极大（呼吸室相距不到1米），大概是因为地下泥炭含量和植被结构为排放提供的通道不同造成的。关于晚秋甲烷通量增加现象，在此前一个研究中也有报道13，但是采样间隔过大，以致不能量化在全年通量中的重要性。 观测所得的生长季节释放动态与早期在相同6，712，总体夏季排放量大约是4.5 gCH4m–2，和以前在同样气候条件和生态系统环境下的结果是吻合的6，7112.5 mgCH4m–2h-1，这是已报道的苔原最高排放速率（但是不包括thermokarst湖的热区排放14），此前我们一直认为苔原在此时期的甲烷排量是一个无足轻重的水平。 图1 全季节甲烷排放量和土壤温度 不同深度土壤温度以不同颜色(5, 10 和15 cm以红，绿和蓝色表示 )区域显示，日最高和日最低。箭头表示该层解冻日期。浅蓝色的土壤温度因为缺少实际测量值，以附件的气象站数据代替。通量是六个呼吸室测得日通量值平均值。误差线显示各呼吸室数据的平均值和标准误。主图下部的插入面板显示2006年较早季节的排放量，根据融雪与2007年的时期相对应，黄色箭头显示融雪时间。第二次大量排放伴随着最上层土壤结冻开始，到-15cm结冻达到最大。 早期研究认为，冬季储存的甲烷可能会在春季大量排放出来。我们有2006年较早季节甲烷通量数据(M. Mastepanov et al.,待发表)NOAA Earth System Research Laboratory的合作空气取样网络台站实际测量。平均季节循环是以4年模拟数据为基础的。背景地点，被分为两个纬度区，25–55°N 和 55–85°N（详见方法中地点列表）。平均值显示的是30天平均（模拟和实测），以5天间隔计算。 图2中显示，预想值和实际测量值间有着非常合理的一致性。北半球中纬度地区，两种拟合都很好的再现了季节动态，虽然在后半年有一个月左右的延迟。在高纬度地区，预想值和实测值的差异更能说明问题，从夏季到冬季，偏离逐渐增