甲烷（CH4）是大气中最丰富的碳氢化合物，是仅次于二氧化碳的温室气体。北极苔原是北冰洋海岸与泰加林之间广阔的冻土沼泽带，其贡献着北极地区所有甲烷源排放的约45%，在全球碳循环中发挥着重要作用。近年来，北极的变暖速率比全球其它区域更快，温度升高加速苔原冻土中有机碳的分解，导致更多的甲烷排放。尤其是最近的研究已发现北极增温效应在非生长季比生长季表现得更加显著。因此，在气候变化背景下，北极苔原的非生长季，特别是过渡季的甲烷排放引起了更多学者的关注。然而，由于北极过渡季甲烷观测数据十分匮乏，人们对这个特殊阶段的甲烷排放过程和影响机制知之甚少。
近日，中国科学院大气物理研究所东亚中心的包韬博士，徐希燕副研究员，贾根锁研究员和合作者基于北极苔原区多站点甲烷通量观测数据，应用随机森林机器学习的算法对非生长季数据进行插补，揭示了北极苔原春秋过渡季甲烷排放的特征和机制。
该研究发现，北极苔原过渡季甲烷排放总量约占全年累计排放总量的四分之一，且秋季过渡季甲烷排放贡献是春季过渡季的三到四倍。相对于春季过渡季，秋季过渡季有着更高的排放通量及更长的持续时间。两个过渡季的显著差异归因于不同的土壤水分、有机质含量以及微生物组成与活性，同时春季解冻过程和秋季冻结过程的差异影响甲烷从土壤向大气输送（图1）。
研究还发现，北极苔原表层土壤温度并不能反映土壤深层的冻融过程，且对甲烷季节性排放有着显著的滞后影响（图2）。因此，该研究对理解苔原区域冻融过程对甲烷排放的影响提供了理论依据，从而提高对变暖情景下北极苔原碳排放与气候系统反馈的认识。
上述研究成果发表于国际学术期刊Global Change Biology。该工作由中国科学院战略性先导科技专项子课题（XDA19070203）资助。
文章引用：Bao, T., Xu, X.*, Jia, G., Billesbach, D., & Sullivan, R. (2020). Much stronger tundra methane emissions during autumn-freeze than spring-thaw. Global Change Biology. doi: 10.1111/gcb.15421
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcb.15421
图1 北极苔原春(a)、秋(b)过渡季冻融过程和甲烷排放的差异
图2 北极苔原表层土壤温度对甲烷季节性排放的滞后影响
