一种海水溶解甲烷调控因子的评估方法与流程

本发明涉及海洋环境观测，尤其涉及一种海水溶解甲烷调控因子的评估方法。

背景技术：

1、甲烷(ch4)是大气中次于co2的第二大温室气体，对全球变暖的贡献率为18.2％。ch4具有增温潜势高、寿命短的特点，因此ch4减排是在较短时间内实现减缓气候变化的最强有力的手段之一。2021年第26届联合国气候变化大会超过100个国家签署了《全球ch4承诺》，承诺到2030年各签署国ch4排放量减少30％。然而，目前基础数据缺失、研究技术有限的现状导致不同尺度ch4排放量估算的偏差。为提高甲烷排放数据的准确性，美国积极利用先进技术手段开展甲烷观测研究，有效提高了ch4排放数据的准确性进而促进ch4减排。ch4等温室气体的排放管控面临新的挑战。2023年生态环境部等11部门联合印发《甲烷排放控制行动方案》，开展重点行业ch4观测、核算、报告和核查工作，推进减排工作。

2、海洋是大气ch4的源，每年向大气释放约2.2～6.3tg的ch4。受人类活动影响的陆架边缘海面积仅占全球海洋面积的16％，但ch4排放量约占全球海洋的75％。我国陆架边缘海纵跨温带、亚热带、热带，生态系统结构差异显著，加上涡旋、内波、上升流等中尺度现象显著，海水溶解ch4分布具有显著的时空差异性，且受到复杂的物理、化学和生物等要素的共同影响，一直是海洋科学和环境科学学者研究的重点。目前海水溶解ch4调控因子的评估通常采用的是基于大量海上实测数据的相关性分析的定性分析法，该方法依托大量实测数据的获取，耗时耗力、成本较高且易受海况条件等因素的限制，此外定性分析准确性有限难以满足目前海洋领域应对气候变化工作对ch4减排量化评估的要求。此外，近年来基于某单一因子的定量评估方法虽然在一定程度上可以实现该因子的定量评估，如定量评估季节变化对海水溶解ch4的影响作用，但是由于无法科学理清该因子与其他调控因子的协同作用而造成较大不确定性。因此，整体而言目前尚欠缺海水溶解ch4调控因子的定量评估方法，不能实现不同影响因子的协同评估以及主控因子的精确筛选，难以科学准确评估我国陆架边缘海溶解ch4时空分布及其排放量，限制了ch4的有效减排。

3、近年来，海洋时间序列观测技术不断发展，可以获取更具区域代表性、实时性和长时序性等特点的观测数据，尤其在海洋资源和环境调查等领域已展现出其特有的技术优势。因此，利用海洋时间序列观测数据，建立一种高效、科学、充分利用时间序列观测数据资料对我国陆架边缘海溶解ch4调控因子的评估方法，实现不同调控因子包括季节变化、冲淡水输入、氧化过程、垂直混合、海气交换作用等对海水溶解ch4影响作用的定量评估和主控因子的精确提取，对于科学评估我国陆架边缘海溶解ch4的时空分布、排放量及其对大气ch4的区域性贡献等均具有重要作用，也可以为我国陆架边缘海ch4减排的精准防控及综合治理提供重要的技术依据。

技术实现思路

1、根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种海水溶解ch4调控因子的评估方法，具体包括如下步骤：

2、获取以下项目的时间序列的数据资料信息，其中项目至少分为三项包括：

3、冲淡水：冲淡水流量，冲淡水端元的盐度、温度、溶解ch4；

4、大气：ch4浓度、气象参数(温度、湿度、气压、风向、风速)；

5、海水：深度、温度、盐度、溶解氧、溶解ch4，海水端元的的温度、盐度、溶解氧、溶解ch4的特征值；

6、基于陆架边缘海溶解ch4时空分布的基本特征初步评估获取数据资料的质量，分析数据资料之间的相互匹配性，剔除异常数据，对数据进行科学性评价；

7、梳理海水溶解ch4主要调控因子的类型并构建初步评估模型，将对应于起始时间的数据资料作为原始特征数据，根据时间的推移分析季节变化、冲淡水输入、氧化过程、垂直混合、海气交换作用及各调控因子的变化对海水溶解ch4的影响作用；

8、将不同调控因子影响作用的量值加和与实际海水溶解ch4的变化量作差，将二者差值作为初步评估模型的残余项，将所述残余项表征为计算偏差从而获得初步评估结果，通过对比验证对初步评估结果进行修正和调整；

9、将不同调控因子的影响作用的量值与实际海水溶解ch4的变化量进行比较，评估单一因子对海水溶解ch4影响作用所占的比例，进而筛选出主要调控因子。

10、进一步的，冲淡水输入对海水溶解ch4的影响作用采用如下算法：

11、

12、式中，δsch4是冲淡水输入影响导致的海水溶解ch4的变化量值；ch4,si+1为评估时刻ti+1仅在冲淡水输入影响下海水溶解ch4的量值；si+1为评估时刻ti+1海水盐度；ch4,si为起始时刻ti仅在冲淡水输入影响下海水溶解ch4的量值；

13、

14、fi+1,r+fi+1,sw＝1

15、si+1,r×fi+1,r+si+1,sw×fi+1,sw＝si+1

16、同时：

17、

18、fi,r+fi,sw＝1

19、si,r×fi,r+si,sw×fi,sw＝si

20、式中，ch4,i+1,r为评估时刻ti+1冲淡水端元溶解ch4的特征值，fi+1,r为评估时刻ti+1冲淡水的混合比例，ch4,i+1,sw为评估时刻ti+1海水端元溶解ch4的特征值，fi+1,sw为评估时刻ti+1海水的混合比例，si+1,r为评估时刻ti+1冲淡水端元盐度的特征值，si+1,sw为评估时刻ti+1海水端元盐度的特征值；ch4,i,r为起始时刻ti冲淡水端元溶解ch4的特征值，fi,r为起始时刻ti冲淡水的混合比例，ch4,i,sw为起始时刻ti海水端元溶解ch4的特征值，fi,sw为起始时刻ti海水的混合比例，si,r为起始时刻ti冲淡水端元盐度的特征值，si,sw为起始时刻ti海水端元盐度的特征值。

21、进一步的，氧化过程对海水溶解ch4的影响作用采用如下算法：

22、δoxich4＝-(doi+1-doi-δasdoi)÷2

23、式中，δoxich4是氧化过程影响导致的海水溶解ch4的变化量值；doi+1为评估时刻ti+1海水溶解氧do的量值，doi为起始时刻ti海水溶解氧do的量值；δasdoi为受海气交换作用影响海水溶解氧的变化量值。

24、进一步的，垂直混合作用对海水溶解ch4的影响作用采用如下算法：δmixch4＝((mldi+1-mldi)÷(ti+1-ti)+kz÷(mldi+1-mldi))×(ch4,ss-dici)÷mldi

25、式中，δmixch4为垂直混合影响导致的海水溶解ch4的变化量值；mldi为起始时刻ti混合层mld的深度，mldi+1为评估时刻ti+1混合层mld的深度，kz为垂直扩散率，ch4,ss为起始时刻ti次表层海水溶解ch4的量值，ch4,i为起始时刻ti表层海水溶解ch4的量值。

26、进一步的，海气交换作用对海水溶解ch4的影响作用采用如下算法：

27、δasch4＝ch4,i+1-(fi/kw+ch4,i,eq)

28、式中，δasch4为海气交换作用影响导致海水溶解ch4的变化量值；ch4,i+1为评估时刻ti+1海水溶解ch4的量值；fi为起始时刻ti海-气ch4交换通量，kw为气体交换速率，ch4,i,eq为起始时刻ti表层海水与大气平衡时海水溶解ch4的量值。

29、由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种海水溶解ch4调控因子的评估方法，采用时间序列观测数据资料，更具区域代表性、实时性和长时序性等特性，可高效率、低成本的实现我国陆架边缘海海水溶解ch4调控因子的评估，克服了传统方法需要依托大量海上实测数据等的限制。

30、另外本发明基于我国陆架边缘海溶解ch4的基础特征，进行海水溶解ch4不同调控因子的分类，增强不同调控因子过程的特征表达能力，可科学定量评估不同调控因子的影响作用，精确提取主控因子，与传统的相关性定性分析法或者单因子定量评估法相比准确性显著提高，可以广泛应用于我国陆架边缘海海水溶解ch4调控因子的辨别与科学评估，有助于我国陆架边缘海ch4排放量的准确评估以及ch4减排措施的制定。