甲烷（CH4）是大氣中豐富的碳氫化合物。北極苔原是北冰洋海岸與泰加林之間廣闊的凍土沼澤帶，在全球碳循環中發揮重要作用。近年來，北極變暖速率比全球其它區域快，溫度升高加速苔原凍土中有機碳的分解，導致更多甲烷排放。最近的研究發現，北極增溫效應在非生長季比生長季表現得更顯著。因此，在氣候變化背景下，北極苔原的非生長季，特別是過渡季的甲烷排放引起更多學者的關注。然而，由於北極過渡季甲烷觀測數據較少，學者尚不清楚該階段甲烷的排放過程和影響機制。
近日，中國科學院大氣物理研究所東亞中心博士包韜、副研究員徐希燕、研究員賈根鎖和合作者，基於北極苔原區多站點甲烷通量觀測數據，應用隨機森林機器學習算法對非生長季數據進行插補，揭示北極苔原春秋過渡季甲烷排放的特徵和機制。
研究發現，北極苔原過渡季甲烷排放總量約佔全年累計排放總量的四分之一，且秋季過渡季甲烷排放貢獻是春季過渡季的三至四倍。相對於春季過渡季，秋季過渡季有更高的排放通量及更長的持續時間。兩個過渡季的顯著差異歸因於不同的土壤水分、有機質含量及微生物組成與活性，春季解凍過程和秋季凍結過程的差異影響甲烷從土壤向大氣輸送（圖1）。此外，北極苔原表層土壤溫度不能反映土壤深層的凍融過程，且對甲烷季節性排放有滯後影響（圖2）。該研究對理解苔原區域凍融過程對甲烷排放的影響提供理論依據，有利於提高科研人員對變暖情景下北極苔原碳排放與氣候系統反饋的認識。
相關研究成果以Much stronger tundra methane emissions during autumn-freeze than spring-thaw為題，發表在Global Change Biology上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項子課題的支持。
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圖1.北極苔原春（a）、秋（b）過渡季凍融過程和甲烷排放的差異
圖2.北極苔原表層土壤溫度對甲烷季節性排放的滯後影響
【來源：大氣物理研究所】
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