姚 驍，李 哲，郭勁松，林初學(xué)，陳永柏，李 翀

(1：中國科學(xué)院水庫水環(huán)境重點實驗室，重慶 400714) (2：中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院，重慶 400714) (3：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045) (4：中國長江三峽集團(tuán)公司，北京 100038)

水-氣界面CO2通量監(jiān)測的靜態(tài)箱法與薄邊界層模型估算法比較*

姚 驍3，李 哲1，2，4**，郭勁松1，2，林初學(xué)4，陳永柏4，李 翀4

(1：中國科學(xué)院水庫水環(huán)境重點實驗室，重慶 400714) (2：中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院，重慶 400714) (3：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045) (4：中國長江三峽集團(tuán)公司，北京 100038)

模型估算法與靜態(tài)箱法是水-氣界面氣體通量監(jiān)測的主要方法，因原理不同監(jiān)測結(jié)果通常存在一定差異.目前對引起上述差異的主要環(huán)境因素仍不清晰.本研究使用自行設(shè)計的靜態(tài)箱對三峽支流澎溪河水-氣界面CO2通量進(jìn)行監(jiān)測，并與同步開展的CO2通量薄邊界層模型估算法結(jié)果相比較，探討該水域引起這兩種監(jiān)測方法結(jié)果產(chǎn)生差異的主要環(huán)境因素.結(jié)果表明，瞬時風(fēng)速、水汽溫差及水深均會對靜態(tài)箱法及模型估算法的監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生影響.風(fēng)速越強(qiáng)、水汽溫差越大、水深越大，這兩種方法監(jiān)測結(jié)果的差異就越小；而水域面積對兩種方法的差異沒有影響.比較發(fā)現(xiàn)，兩種方法所獲通量數(shù)據(jù)呈顯著正相關(guān)，但靜態(tài)箱法所獲通量數(shù)據(jù)離散性顯著高于薄邊界層模型估算法.從方法的穩(wěn)定性角度，在峽谷河道型水庫水體溫室氣體監(jiān)測中薄邊界層模型估算法可能更為適宜.

靜態(tài)箱法；薄邊界層模型估算法；CO2通量；環(huán)境因素

水-氣界面氣體交換是水生生態(tài)系統(tǒng)中碳、氮等生源要素同大氣進(jìn)行物質(zhì)交換的重要途徑.通常，對水-氣界面間氣體交換通量的監(jiān)測方法有微氣象法、模型估算法、箱法、遙感反演法等[1].其中，模型估算法和箱法因其簡單、靈活、易操作等特點在野外現(xiàn)場監(jiān)測中最為常用.在原理上，模型估算法根據(jù)空氣和水體內(nèi)氣體濃度梯度差運用Fick定律來估算通量，氣體在兩介質(zhì)中的濃度及其傳質(zhì)系數(shù)的確定是該方法的核心[2-5].箱法原是測量陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放通量應(yīng)用最廣泛的方法，1990s中期被引用到水-氣界面間氣體通量監(jiān)測中[6].考慮到水-氣界面箱法監(jiān)測下墊面并不穩(wěn)定，在監(jiān)測中通常使箱體浮于水面，定長時間段內(nèi)監(jiān)測箱體內(nèi)氣體濃度變化梯度以獲取水-氣界面氣體交換通量速率值.

采用模型估算法和箱法對天然水域水-氣界面間氣體交換進(jìn)行監(jiān)測的相關(guān)研究不勝枚舉，但由于模型估算法與箱法自身差異，它們間的監(jiān)測結(jié)果也存在顯著區(qū)別.在實踐中，Duchemin等將模型估算法與靜態(tài)箱法通量監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)后者通量值普遍高于前者，甚至高出一個數(shù)量級，認(rèn)為模型估算法可能會低估水-氣界面實際通量，箱法所造成的人工微環(huán)境又可能使得監(jiān)測結(jié)果偏高[7].Vachon等通過對箱內(nèi)外表層水體擾動強(qiáng)度的監(jiān)測，認(rèn)為上述差異隨風(fēng)速的增加而降低，當(dāng)風(fēng)速較大時(>4m/s)，兩種方法的監(jiān)測結(jié)果趨近一致[8].但Soumis等認(rèn)為靜態(tài)箱內(nèi)熱傳輸(箱內(nèi)氣溫與表層水體溫度差異造成)將使白天靜態(tài)箱法監(jiān)測結(jié)果較模型估算法的偏高，而晚上則偏低[9].盡管如此，不同方法所適用的環(huán)境特征目前并不明晰；對于特定水域，如具有顯著流動性的河道型水庫，兩種方法監(jiān)測結(jié)果是否存在明確數(shù)學(xué)關(guān)系使其能夠相互適配也沒有明確回答.

三峽水庫是典型的深水峽谷型水庫，其水庫水體溫室氣體效應(yīng)近年來備受關(guān)注.同國際上(南美或加拿大)已經(jīng)開展相關(guān)研究的水庫不同，三峽水庫的峽谷河道型特征使其保持了明顯的流動性，水-氣界面氣體交換過程不僅受到風(fēng)速、溫度等的影響，且同所在水域的水深、水域面積等密切相關(guān).在該水域?qū)嶋H運用模型估算法和箱法監(jiān)測水-氣界面溫室氣體(CO2、CH4等)交換通量，需充分考慮前述因素的影響，而目前仍鮮有報道.本文以三峽水庫典型支流澎溪河為研究對象，采用前述兩種監(jiān)測方法，對其回水區(qū)不同典型區(qū)段的水-氣界面CO2通量進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合同期相關(guān)環(huán)境參量(現(xiàn)場風(fēng)速、溫度)和水域特征(水深、水域面積)，對兩種方法的監(jiān)測結(jié)果及其干擾因素進(jìn)行初步比較分析，以期為進(jìn)一步完善該類型水庫水-氣界面溫室氣體監(jiān)測方法提供前期研究積累.

1 材料與方法

1.1 模型估算法計算通量的原理

水-氣界面CO2交換通量主要受以下幾個因素的影響：1) 表層水體CO2的分壓；2) 氣體傳質(zhì)系數(shù)，而氣體傳質(zhì)系數(shù)又受流速、風(fēng)速、溫度等因素影響.根據(jù)Fick定律，對于淡水水體，水-氣界面CO2交換通量(正為釋放、負(fù)為吸收)可由公式(1)計算得出[10]：

FCO2=kx(Cwater-Cair)

(1)

式中，F(xiàn)CO2為水-氣界面CO2擴(kuò)散通量(mmol/(m2·h))，kx為CO2傳質(zhì)系數(shù)(cm/h)，Cwater為CO2在水中的濃度(mmol/L)，Cair為現(xiàn)場溫度及壓力下CO2氣體在水中的飽和濃度(mmol/L).

對于傳質(zhì)系數(shù)kx的估算，目前通用的2種模型分別是薄邊界層模型(TBL)和表面更新模型(SRM).TBL模型是假定氣體轉(zhuǎn)移是由水表面的薄邊界層控制的水-氣界面的濃度與大氣中氣體濃度形成溶解平衡；而SRM模型是假定水面漩渦可取代水表面薄層，且取代速度決定于水的被攪動程度.目前世界范圍內(nèi)對kx系數(shù)的確定絕大多數(shù)采用的是1989年J?hne等建立的數(shù)學(xué)經(jīng)驗公式[11]：

(2)

式中，k600為六氟化硫(SF6)氣體的交換系數(shù)(cm/h).對于湖泊、庫生態(tài)系統(tǒng)，選用Cole等在1998年建立的經(jīng)驗公式[12]：

(3)

Sc為t℃下CO2的Schmidt常數(shù)，對淡水而言，可按下式進(jìn)行計算[13]：

Sc(CO2)=1911.1-118.11t+3.4527t2-0.04132t3

(4)

U10為水面上方10m風(fēng)速(m/s).通?，F(xiàn)場監(jiān)測所得的水體上方風(fēng)速Uz可用下式進(jìn)行換算[14]：

(5)

式中，z為測量風(fēng)速時的高度(m)，Uz為z高度風(fēng)速大小(m/s)，Cd10為10m時的阻力系數(shù)(取0.0013)，κ為Von Karman常數(shù)(取0.41).

對水中CO2濃度的確定有水化學(xué)平衡法和頂空平衡法.水化學(xué)平衡法是通過測定水樣中DIC濃度或堿度、pH值及水溫求得水中CO2濃度[15]；而頂空平衡法是在裝有水樣和初始惰性氣體的密封玻璃瓶中，通過劇烈搖晃使水體內(nèi)氣體濃度與上方空氣中氣體濃度達(dá)到平衡，測量上方空氣中氣體的濃度值而得到平衡前水體待測氣體的分壓[16].水化學(xué)平衡法可在野外現(xiàn)場測得，避免了水樣的保存帶來的誤差，且可用于歷史數(shù)據(jù)序列的反演分析，故本研究采用水化學(xué)平衡法來計算水中CO2的濃度.

(6)

(7)

(8)

通常K1、K2可由公式(9、10)計算得出[17]，其中T為采樣時的水溫(℃)：

pK1=-6320.813/TK-19.569224lnTK+126.34048

(9)

pK1=-5143.692/TK-14.613358lnTK+90.18333

(10)

圖1 模型估算法(水化學(xué)平衡)計算示意圖Fig.1 The process of model calculated method(water chemical equilibrium)

上述模型實施技術(shù)路線見圖1.對于kx的確定，現(xiàn)場采用YSI?ProODO溶解氧儀測定水溫(精度0.1℃)，采用SMAR?AR-836風(fēng)速儀測量水面上方2m的瞬時風(fēng)速(U2)(精確度為0.1m/s)，并通過公式(5)換算成水面上方10m的風(fēng)速(U10，m/s)；對于Cwater的確定，現(xiàn)場采用YSI?63測定水體pH值(精度為0.01)、采用HACH?的微量滴定器(精度為1.25μl)及標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液現(xiàn)場滴定堿度；水體中p(CO2)根據(jù)pH、堿度及亨利常數(shù)計算而得；而Cair則獲取自靜態(tài)箱法測試中的起始濃度值[18].現(xiàn)場氣溫、大氣壓來自手持式數(shù)字大氣壓計.

1.2 測定CO2氣體通量的靜態(tài)箱法

本文采用自行設(shè)計的改良型靜態(tài)箱對水-氣界面CO2通量進(jìn)行監(jiān)測.采樣箱主體由塑料材質(zhì)構(gòu)成(430mm×330mm×140mm)，箱內(nèi)四周貼有塑料泡沫，增加箱體的穩(wěn)定性及增大浮力(圖2).根據(jù)《淡水水庫溫室氣體監(jiān)測導(dǎo)則》建議，采樣前先使采樣箱內(nèi)充滿空氣，然后倒置在水面上，采樣前10s開啟箱內(nèi)風(fēng)扇，使箱內(nèi)空氣混合均勻，確保取樣穩(wěn)定.每隔5min用針筒抽取采樣箱內(nèi)氣體100ml，并注入鋁箔采氣袋后保存.每個采樣點共取5次，整個采氣過程為20min.集氣袋取回實驗室后48h內(nèi)完成CO2濃度的分析.氣體采用安捷倫7820型氣相色譜儀.氣體采用十通閥進(jìn)樣，CO2先經(jīng)TDX-01柱分離后再通過甲烷轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化，最后用FID檢測器檢驗.通過測定氣樣濃度變化率計算水-氣界面的CO2交換通量，計算公式為[19]：

(11)

式中，F(xiàn)lux為CO2氣體擴(kuò)散通量(mg/(m2·h))；Ls為時間-濃度關(guān)系圖中的斜率(μatm/min或ppm/s)；P為監(jiān)測時的大氣環(huán)境壓力(kPa)；F1為ppm到μg/m3的轉(zhuǎn)換系數(shù)；F2為分鐘到小時的轉(zhuǎn)換系數(shù)，為60；V為浮箱內(nèi)套入的空氣體積(m3)；P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，為101.325 kPa；A為箱體所覆蓋的水面面積(m2)；T為監(jiān)測時的箱內(nèi)溫度(℃).計算后使用摩爾質(zhì)量換算成CO2的摩爾濃度通量，監(jiān)測中氣體濃度變化的線性相關(guān)性系數(shù)R2均大于0.9才能滿足要求.2011年3月高陽平湖水-氣界面CO2通量靜態(tài)箱現(xiàn)場取樣測試及擬合圖見圖3.

圖2 水-氣界面懸浮靜態(tài)箱Fig.2 Floating chamber applied in the study

圖3 高陽平湖采樣點靜態(tài)箱取樣測試與擬合結(jié)果Fig.3 Measurement and fitting results from static-chamber method in Lake Gaoyang

1.3 研究區(qū)域

澎溪河(亦稱：小江)，地處四川盆地東部邊緣，流域面積5173km2，干流全長182.4km，是三峽庫區(qū)北岸中段流域面積最大的支流(圖4a).三峽水庫畜水后，澎溪河流域包含了峽谷、消落帶區(qū)以及湖庫等各種特征的水域，其在三峽水庫具有代表性.2010年5月至2011年5月對該流域上游開縣至下游河口設(shè)置了8個水-氣界面溫室氣體監(jiān)測斷面(圖4b)，每月10日對上述區(qū)域進(jìn)行樣品采集及實驗分析工作，各斷面采樣點位于河道深弘線處.采樣中確保在同一個采樣點上模型估算法和靜態(tài)箱法同步進(jìn)行，使它們之間通量數(shù)據(jù)配對可比.采樣期間，同步采集相關(guān)環(huán)境參量指標(biāo).

圖4 澎溪河流域水系(a)及采樣點(b)示意圖 Fig.4 Sketch map of backwater area(a) and sampling spot(b) in the Pengxi River

1.4 采樣點所代表的水域面積的確定

為明確采樣點，根據(jù)前期研究成果[20]，本研究采用環(huán)境因素控制法來對澎溪河各采樣點所能代表的水域面積進(jìn)行劃分.該方法認(rèn)為水域生態(tài)系統(tǒng)中溫室氣體產(chǎn)匯過程受水質(zhì)理化特征影響顯著，不同采樣點間水質(zhì)理化特征的空間差異是導(dǎo)致采樣點間溫室氣體通量存在差別的原因.故可采用超標(biāo)倍數(shù)賦權(quán)的方法，將不同采樣點間環(huán)境因素權(quán)值歸一化，確定不同采樣點水域溫室氣體通量水平所占權(quán)重，進(jìn)而計算每個采樣點所代表的水域面積.初步研究發(fā)現(xiàn)，澎溪河流域CO2通量的主要影響因素是pH、Chl.a[21-22]，故以它們的均值為標(biāo)準(zhǔn)，計算采樣點的水面面積控制權(quán)重.

1.5 數(shù)據(jù)處理方案

化學(xué)實驗分析及計算所得數(shù)據(jù)全部錄入SPSS?或Origin?進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用非參檢驗K個獨立樣本法來辨別不同數(shù)據(jù)組的差異性，采用變異系數(shù)CV值(標(biāo)準(zhǔn)差同均值的比值)表征數(shù)據(jù)變化幅度，用Spearman相關(guān)性分析說明數(shù)據(jù)間變化的線性相關(guān)性.

為了表征使用基于水化學(xué)平衡的TBL估算法監(jiān)測所得的CO2通量與對應(yīng)的使用靜態(tài)箱法監(jiān)測所得的CO2通量之間的差異性，引入比值α，具體計算式為：

α=F靜態(tài)箱/FTBL

(12)

式中，F(xiàn)靜態(tài)箱為靜態(tài)箱法監(jiān)測的CO2通量(以下簡稱“靜態(tài)箱通量”)(mmol/(m2·h))，F(xiàn)TBL為TBL估算法監(jiān)測的CO2通量(以下簡稱“TBL通量”)(mmol/(m2·h)).

2 結(jié)果與分析

2.1 TBL估算法與靜態(tài)箱法間的總體差別

靜態(tài)箱通量同TBL通量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，Spearman相關(guān)性系數(shù)為0.783(P≤0.01)，所獲數(shù)據(jù)的線性擬合結(jié)果見圖5，兩種方法所獲通量結(jié)果具有較好的一致性.研究期間，TBL通量均值為0.59±0.85mmol/(m2·h)，靜態(tài)箱通量均值為1.70±2.54mmol/(m2·h).總體上，靜態(tài)箱通量高于TBL通量，靜態(tài)箱通量與TBL通量比值α的范圍為0.24～23.96，均值為4.02±0.33，中位值為2.97，頻次分布見圖6.可以看到α分布較集中，主要分布在1～4之間，當(dāng)α大于8之后只有個別特例出現(xiàn).

為分析兩種方法所獲通量數(shù)據(jù)的離散性，以TBL通量作為參考值，按其通量分為<0mmol/(m2·h)、0～1mmol/(m2·h)和>1mmol/(m2·h) 3個區(qū)間，分別計算上述不同區(qū)間內(nèi)靜態(tài)箱通量、TBL通量數(shù)據(jù)序列的變異系數(shù)(CV值)和它們CV值之間的比值(圖7).分析發(fā)現(xiàn)，隨著TBL通量增加，TBL通量CV值呈現(xiàn)先增加后減小的特征.TBL通量的CV值在0～1mmol/(m2·h)最大；在>1mmol/(m2·h)的區(qū)間范圍內(nèi)最小.靜態(tài)箱通量CV值變化亦呈現(xiàn)出先增加后減少的特征，靜態(tài)箱通量CV值在0～1mmol/(m2·h)最大；在<0mmol/(m2·h)的區(qū)間范圍內(nèi)最小.靜態(tài)箱通量數(shù)據(jù)序列離散性在所有區(qū)間內(nèi)均顯著大于TBL通量數(shù)據(jù)序列(二者CV值的比值大于1，圖7)，二者差異隨著TBL通量增加而增大.

圖5 TBL估算法與靜態(tài)箱法的通量比較Fig.5 Comparison of flux between TBL and static chamber

圖6 α值頻次分布圖Fig.6 Histogram of α

2.2 主要環(huán)境要素對兩種方法監(jiān)測結(jié)果的影響

圖7 TBL估算法與靜態(tài)箱法的CV值以及CV值之比Fig.7 The radio of TBL and static chamber’s CV

經(jīng)過換算之后的10 m風(fēng)速(U10)范圍在0～5m/s，將α值按U10風(fēng)速的大小分為<1m/s、1～3m/s和>3m/s 3組，通過非參數(shù)檢驗K個獨立樣本法進(jìn)行顯著性檢驗(圖8)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速對α值影響顯著(P<0.05)，隨著風(fēng)速增大，α值呈顯著下降的趨勢.

圖8 風(fēng)速及溫差對兩種通量監(jiān)測方法的影響Fig.8 Influence of wind speed and water temperature on observation of flux

當(dāng)U10<1m/s時，α值為4.82±2.95，變化范圍為0.24～20.61，α值的分布較為分散；U10在1～3m/s時，α值為4.17±2.12，最大不超過13.2；而當(dāng)U10>3m/s時，α平均值為2.32±0.90，變化范圍為0.68～3.73，分布也較為集中.

研究期間，現(xiàn)場表層水汽溫差變化范圍為-13.73～5.27℃，將其按<-2℃、-2～0℃和>0℃分為3組，檢驗結(jié)果表明水汽溫差會對α造成較顯著的影響(P<0.05)，α值隨著水汽溫差的升高而變小，其值從4.91倍逐漸降低到3.25倍，并且α值的分布趨于集中.

將澎溪河流域各采樣點現(xiàn)場水深按<10m、10～30m、>30m分為3組，分析結(jié)果表明，水深會對α值造成顯著的影響(P<0.01)，α值隨水深的增加而呈減小的趨勢.當(dāng)水深<10m時，α均值為4.93±5.39，變化范圍為0.46～20.61，同前述結(jié)果相似，該區(qū)間內(nèi)α值分布亦極不均勻.當(dāng)水深在10～30m之間時，α值有所減小，但均值仍為4.36±1.92，變化范圍為1.44～9.50.當(dāng)水深>30m時，α值明顯變小且更集中，數(shù)據(jù)范圍僅為0.54～4.96，且大部分α值在1～3倍之間，均值為2.71±1.17(圖9a).以各采樣點所代表的水域面積為基礎(chǔ)，將總體樣本劃分為<500m2、500～1000m2及>1000m23組.分析結(jié)果表明，不同水域面積內(nèi)α值的差異性并不顯著(P>0.05，圖9b).

圖9 水深(a)及水域面積(b)對α值的影響Fig.9 Influence of water depth(a) and water area(b) on observation of flux

2.3 討論

采用靜態(tài)箱法和TBL估算法對水-氣界面溫室氣體通量開展監(jiān)測是目前水體溫室氣體監(jiān)測研究普遍采用的監(jiān)測方法.但目前尚無統(tǒng)一、明確的標(biāo)準(zhǔn)方法對水-氣界面靜態(tài)箱法、TBL估算法分別進(jìn)行標(biāo)定與誤差分析，對它們監(jiān)測結(jié)果間進(jìn)行數(shù)據(jù)彌合還有很多困難.Soumis等認(rèn)為白天水汽溫差較小時靜態(tài)箱法會高估CO2的排放量，而夜間水汽溫差較大時靜態(tài)箱法會低估CO2的排放量[9].Vachon等認(rèn)為風(fēng)速造成的水表擾動減弱了由于靜態(tài)箱所產(chǎn)生的人為干擾的影響，風(fēng)速增加，靜態(tài)箱法所獲通量數(shù)據(jù)可能更接近于真實值[8].Duchemin等指出在深水區(qū)，TBL估算法會高估風(fēng)速的影響，而在淺水區(qū)當(dāng)風(fēng)速較低時，TBL估算法又會低估通量的大小[7].本研究所選擇的峽谷河道型水庫水域具有獨特性.在相對狹窄的峽谷河段風(fēng)場峽谷效應(yīng)顯著，表現(xiàn)為風(fēng)力變化大，瞬時風(fēng)速可能極大，易出現(xiàn)亂流渦旋風(fēng)和升降氣流.同時，峽谷河道型水庫水域局部時期亦可能具有顯著流動性，水域表層水體擾動對兩種方法的影響明顯.

從前述分析上可以看出，盡管兩個方法所獲通量數(shù)據(jù)呈顯著正相關(guān)，但靜態(tài)箱法所獲通量數(shù)據(jù)離散性(變異系數(shù))顯著高于TBL估算法，而TBL估算法所獲通量結(jié)果總體上相對穩(wěn)定.且α分布主要集中在1～4，只有極個別值在8以上.

在所遴選的4個環(huán)境參量中，瞬時風(fēng)速、水汽溫差與采樣點水深均對α值影響顯著，總體趨勢是隨著上述環(huán)境參量增加，兩種方法差異逐漸減少，離散性亦逐漸降低，說明在風(fēng)速加大、水汽溫差變大、水深增加的環(huán)境條件下，靜態(tài)箱法和TBL估算法所獲結(jié)果趨于一致.但在風(fēng)速相對較小、水汽溫差相對較低的環(huán)境條件下，α值離散性較大，不確定度較高，兩種方法可比性相對較差.依據(jù)前述觀點[7-9]，其原因可能同靜態(tài)箱自身密閉效應(yīng)對通量監(jiān)測產(chǎn)生干擾有關(guān)，該干擾容易減弱氣體的空間變化，造成很多不確定因素，包括擾動水體改變CO2濃度梯度、空氣壓力梯度、物質(zhì)流動等；而TBL估算法本身并不受這些干擾的影響.從方法的穩(wěn)定性角度來說，在峽谷河道型水庫水體溫室氣體監(jiān)測中，TBL估算法可能更為適宜，圖7中TBL估算法與靜態(tài)箱法各自的CV值趨勢以及它們CV值之比的趨勢可以支撐這個觀點.但由于TBL估算法自身也受到監(jiān)測參量的影響，一些參量監(jiān)測(如pH值、風(fēng)速等)對TBL估算法結(jié)果影響顯著，特別是當(dāng)pH小于7.5時，就不適合用TBL估算法來計算CO2通量了，上述影響不可忽略.

[1] 趙 炎，曾 源，吳炳方等.水庫水氣界面溫室氣體通量監(jiān)測方法綜述.水科學(xué)進(jìn)展，2011，22(1)：135-146.

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Comparison between closed static chamber method and thin boundary layer method on monitoring air-water CO2diffusion flux

YAO Xiao3， LI Zhe1，2，4， GUO Jinsong1，2， LIN Chuxue4， CHEN Yongbai4& LI Chong4

(1：KeyLaboratoryofReservoirAquaticEnvironment，ChineseAcademyofSciences，Chongqing400714，P.R.China)(2：ChongqingInstituteofGreenandIntelligenceTechnology，ChineseAcademyofSciences，Chongqing400714，P.R.China)(3：CollegeofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400045，P.R.China)(4：ChinaThreeGorgesCorporation，Beijing100038，P.R.China)

Closed static chamber method and thin boundary layer method are frequently applied in monitoring air-water gas diffusive fluxes. However， there are differences in results between the methods due to theoretical principles which are still unclear. A type of closed static chamber was applied in Pengxi River， Three Gorges Reservoir to monitor air-water CO2flux and compared with the results from thin boundary layer method that simultaneously monitored to discuss the causes for the differences. Results indicated that wind speed， air-water temperature difference， and depth of the water were the impact factors related to the difference between the methods above. It was found that the smaller difference between the methods above was created by the higher wind speed， or the greater air-water temperature difference， or the greater water depth. However， water surface area showed no significant impact on the difference between the methods. Through a comparison of CO2fluxes data sets from the methods， it could be noted that there was a significant positive correlation on the monitoring results of the CO2fluxes.But monitoring results from the closed static chamber method had higher variance compared to thin boundary layer method.From the viewpoint of the stability of the methods， the thin boundary layer method might be more feasible in the river-channel based reservoir area.

Closed static chamber method； thin boundary layer method； CO2flux； environmental factor

*國家自然科學(xué)基金項目(51179125)、中國科學(xué)院西部行動計劃項目(KZCX2-XB3-14)和重慶市自然科學(xué)基金重點項目(CSTC2012JJB20004)聯(lián)合資助.2014-03-26收稿；2014-07-26收修改稿.姚驍(1990～)，男，碩士研究生；E-mail：yaoxiao1990@163.com.

**通信作者；E-mail：zheli81@sina.com.