научная статья по теме ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ КОНЦЕНТРАЦИИ СО 2 И СO 4 В АТМОСФЕРЕ СРЕДНЕТАЁЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ СИБИРИ География

Текст научной статьи на тему «ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ КОНЦЕНТРАЦИИ СО 2 И СO 4 В АТМОСФЕРЕ СРЕДНЕТАЁЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ СИБИРИ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2015, № 2, с. 112-121

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

УДК 551.510.42

ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ КОНЦЕНТРАЦИИ СО2 И СН4 В АТМОСФЕРЕ СРЕДНЕТАЕЖНЫХ ЭКОСИСТЕМ СИБИРИ1

© 2015 г. А.В. Тимохина*, А.С. Прокушкин*, А.В. Панов*, А.А. Онучин*, М. Хайманн**

* Институт леса имени В.Н. Сукачева СО РАН, Красноярск, Россия; nastimoti@mail.ru Институт биогеохимии им. Макса Планка, Германия; Martin.Heimann@bgc-jena.mpg.de

Поступила в редакцию 30.10.2014 г.

Представлены градиентные измерения концентрации атмосферного углекислого газа и метана в среднетаежной подзоне Приенисейской Сибири по результатам пятилетнего мониторинга (20092014 гг.) на обсерватории '^ОТТО". Особенности изменения содержания диоксида углерода и метана по профилю высот до 301 м объясняются как суточной и сезонной спецификой функционирования наземных экосистем, так и атмосферными процессами. Показано, что в холодное время года концентрации СО2 и СН4 в приземной атмосфере изменяются синхронно и определяются их источниками и погодными условиями. Обсуждаются особенности сезонного хода концентрации СО2 и СН4. Сопоставлены результаты измерений концентрации метана в районе обсерватории '^ОТТО" с таковыми, полученными в других районах Сибири на аналогичной широте и на фоновых станциях России.

Ключевые слова: концентрация СО2 и СН4, средняя тайга Сибири, мониторинг, суточная и сезонная динамика, антропогенная эмиссия парниковых газов.

Введение. Углекислый газ (СО2) и метан (CH4) относятся к основным парниковым газам (ПГ) атмосферы. Содержание СО2 в атмосфере увеличилось на 25% с начала прямых инструментальных измерений, инициированных Ч.Д. Киллингом на станции Мауна Лоа (Mauna Loa) в 1958 г. [14]. В научном сообществе нет однозначного мнения относительно наблюдаемого роста концентрации СО2 в глобальном масштабе - связан ли этот процесс с естественными многолетними колебаниями, либо происходит за счет возрастающего объема поступлений из антропогенных источников, составляющего до 9.5 ПгС в 2010 г. [19]. По данным авторов [11, 10, 22] концентрация СН4 также экспоненциально возрастала в течение этого времени до периода ее стабилизации (1999-2006 гг.). Эта стабилизация обусловлена, по их мнению, сокращением

1 Оценка суточного и сезонного хода концентраций СО2 и СН4 в приземной атмосфере над среднетаежными экосистемами Сибири выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 14-24-00113). Работа А.В. Панова выполнена в рамках гранта Президента РФ для государственной поддежки российских ученых (МК-1691.2014.5).

антропогенной эмиссии СН4 (на 10 Тг с 1990 по 1995 г.) на территории бывшего Советского Союза, и, снижением выделения метана из северных болотных экосистем. Начиная с 2007 г. концентрация СН4 вновь начала возрастать [20]. Предположительно это связано с увеличением его природной эмиссии на заболоченных территориях и в зоне распространения мерзлотных почв в результате изменения их температурного режима (потепление на 4 °С по сравнению с 1990-1991 гг.) и увеличения осадков на территории Сибири [22, 12].

Надежные оценки баланса парниковых газов, основанные на модельных экспериментах, требуют верификации математических расчетов прямыми высокоточными инструментальными измерениями, в частности, концентрации атмосферного СО2 и СН4. В Российской Федерации государственная система мониторинга за содержанием ПГ не развита в достаточной мере и включает всего четыре станции Росгидромета: Териберка (Кольский п-ов), Тикси (Якутия), Новый Порт (п-ов Ямал) и Воейково (Ленинградская обл.), где выполняется отбор воздуха в стеклянные емкости один раз в неделю [4, 8]. Система-

тические измерения концентрации ПГ также проводятся в рамках различных научных программ, однако они охватывают небольшие по площади территории [2, 4, 22]. Наиболее крупная сеть наблюдений "JR-STATION" создана в Западной Сибири в результате российско-японского сотрудничества [22]. Несмотря на эти усилия значительная часть территории Евразии остается малоизученной с точки зрения пространственного и временного изменения концентрации рассматриваемых годов. В целях расширения сети наблюдения в 2006 г. в Сибири (Красноярский край, 60°48' с.ш., 89°21' в.д., 114 м над у. м.) была создана научная обсерватория Zotino Tall Tower Observatory ("ZOTTO"), где мониторинг ПГ проводится с использованием высотной мачты (301 м) [15]. Этот подход позволяет исследовать относительно однородную часть пограничного слоя атмосферы (ПСА), давая возможность интегральной оценки исследуемых компонентов над значительной территорией (>1000 км2) [13].

Цель данной работы - анализ временной изменчивости концентрации СО2 и СН4 в атмосферном воздухе по профилю высот до 301 м в среднетаежной подзоне Сибири по результатам пятилетних наблюдений (май 2009 - май 2014 гг.) на обсерватории "ZOTTO".

Материалы и методы. Обсерватория "ZOTTO" расположена в среднетаежной подзоне (приени-сейская часть) Западной Сибири на левом берегу р. Енисей. Тип климата - континентальный с суровой снежной зимой и умеренно-теплым влажным летом. По данным метеостанции Бор (в 100 км севернее обсерватории "ZOTTO"), среднегодовая температура воздуха равна -3.7 °С, средняя температура января -24.2 °С, июля +17.8 °С, годовое количество осадков 536 мм.

Район исследований, согласно лесорасти-тельному районированию, относится к Сымско-Дубческому округу среднетаежных лесов [6]. Значительную часть округа занимают сильно обводненные болота и озера (около 60% территории), среди которых произрастают сосновые и темнохвойные насаждения. В условиях пониженного рельефа развиты бруснично-лишайниковые и зеленомошные боры. На участках, граничащих с болотами, широко распространены заболоченные и болотные олиготрофные кустарничково-сфагновые сосняки [3]. В результате комплексных инвентаризационных исследований, проведенных в радиусе 100 км вокруг высотной мачты, установлено, что преобладающими типами леса являются ельники и пихтачи зеленомошные (46.0%), представленные, главным образом, насаждения-

ми на заключительной стадии послепожарного восстановления и возрастом более 130 и 160 лет соответственно; березняки и осинники (12.3%), образованные разновозрастными насаждениями от 40-60 (лиственные молодняки с подростом хвойных) до более 90 лет (смешанные темно-хвойно-лиственные насаждения с преобладанием лиственных пород); и болотные экосистемы (10.5%). Дополнительную мозаичность в биогео-ценотический покров территории вносят сосняки зеленомошные (8.3%), сосняки лишайниковые (7.6%), состоящие из перестойных насаждений (более 200 лет) и кедрачи зеленомошные (1.8%). На вырубки и гари приходится соответственно 2.6 и 5.1% территории [5]. Основной фон в структуре почвенного покрова автоморфных позиций составляют подзолы [7]. Многолетняя мерзлота в почвенных разрезах не обнаружена.

Ближайшие населенные пункты (п. Зотино, п. Ворогово и другие) расположены более чем в 25 км от обсерватории "ZOTTO", где общая численность населения не превышает 3000 человек, отсутствует также какое-либо производство. Крупный город Красноярск с населением более 1 млн человек находится на расстоянии 700 км в южном направлении. Поэтому из-за низкой плотности населения и достаточной удаленности района исследования от крупных промышленных центров, влияние антропогенного фактора невелико, однако значительная часть территории подвержена периодическому влиянию природных пожаров.

Круглогодичный мониторинг за концентрацией СО2 и СН4 в приземном слое воздуха проводится с помощью комплекса измерительного оборудования на базе обсерватории "ZOTTO" с мая 2009 г. Измерительная система включает воздухозаборники, расположенные на шести высотах металлической мачты (4, 52, 92, 156, 227 и 301 м), и газоаналитический комплекс EnviroSense 3000i (Picarro Inc., США), установленный в лаборатории у основания мачты. Метеорологические параметры (температура воздуха и атмосферное давление) регистрировались стационарными датчиками температуры воздуха (MELA Sensortechnik, Германия) и атмосферного давления (R.M. Young Company, США) на шести высотах мачты (4, 52, 92, 156, 227 и 301 м). Подробно экспериментальная установка описана ранее [25].

В настоящей работе приведены данные градиентных измерений содержания диоксида углерода и метана, полученные в период с 1 мая 2009 г. по 1 мая 2014 г. Для оценки сезонной и годовой изменчивости концентрации исследуемых газов

ТИМОХИНА и др. А

Январь

Февраль

Март

4 8 12 16 20 24 Время суток, ч.

4 8 12 16 20 Время суток, ч.

4 8 12 16 20 24 Время суток, ч.

Апрель

4 8 12 16 20 24 Время суток, ч.

Май

Июнь

Июль

Август

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Время суток, ч.

т-1-1-г

8 12 16 20 24 Время суток, ч.

Сентябрь

Октябрь

Ноябрь

Декабрь

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Время суток, ч.

т-1-1-г

12 16 20 24 Время суток, ч.

Апрель

Т-1-г

12 16 20 24

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Август

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Время суток, ч.

т-1-1-г

8 12 16 20 24 Время суток, ч.

Декабрь

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Время суток, ч.

Рис. 1. Динамика суточной концентрации СО2 (А) и СН4 (Б) в атмосфере на разных высотах (обсерватория "2ОТТО") в отдельные месяцы года для пятилетнего периода измерений (май 2009 г. - май 2014 г.). 1-6 - высота измерительного уровня: 4, 52, 92, 156, 227 и 301 м соответственно.

были использованы только дневные измерения, усредненные с 13:00 ч до 17:00 ч местного времени. Рассматриваемый временной период характеризуется полным перемешиванием воздуха во всей толще ПСА, поэтому вертикальный градиент концентрации СО2 и СН4 по высотному профилю близок к 0. Кроме того, использование такого способа расчета позволяет исключить завышение средних значений концентраций исследуемых газов, связанное с их накоплением (ночное дыхание растительного покрова и эмиссия СН4 из болотных экосистем) в приземном воздухе при температурной инверсии. Наиболее информативной для оценки динамики СО2 и СН4 в приземном слое атмосферы является высота 301 м, которая и была нами выбрана. Усре

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «География»