环境科学与工程学院李东锋课题组揭示过去40年全球河流入海颗粒有机碳通量变化特征及驱动机制

该研究在全球尺度上提供了河流入海碳通量长期变化的新证据。研究不仅开发了全球河流河段尺度有机碳遥感反演的动态机器学习框架，为全球河流碳通量变化提供了独立于过程模型的卫星观测约束；还同步发布了过去40年全球2409条河流逐年POC通量数据集，为全球碳预算评估、河流碳研究提供了重要数据基础。

　　

河流连接陆地、海洋与大气，是全球碳循环中最活跃也是观测最稀缺的环节。全球河流入海碳通量约为1PgC，约为陆地生态系统净碳汇的三分之一，并在“陆地-海洋连续体”中经历矿化、沉积、形态转化和跨圈层迁移等复杂的碳循环过程，影响全球碳收支平衡。然而，当前《全球碳预算》等评估报告通常将河流入海碳通量简化为固定多年均值，难以反映其在气候变化和人类活动影响下的长期变化趋势及区域差异，给全球碳收支核算带来了系统性偏差。

6月29日，环境科学与工程学院、水沙科学教育部重点实验室李东锋研究员课题组以“Rapid changes in global river particulate organic carbon flux”为题，在《自然·地球科学》发表论文。该研究发现过去近40年全球河流入海颗粒有机碳（POC）通量快速增加新认识。针对河流POC遥感反演面临的水体光学异质性强、统一经验模型难以跨区域应用，以及现有方法多依赖含沙量等代理指标、缺乏对POC直接约束等难题，研究团队整合全球约10万条实测河流POC数据与120万幅Landsat卫星影像，构建了水光学分类驱动的河段尺度有机碳“动态机器学习”反演框架Aqua-OC，将传统基于单一经验关系的“统一反演”拓展为基于水体光学类型识别、多模型自适应匹配和多源环境信息融合的“分类反演”，显著增强了河流POC反演的跨区域可迁移性、全球适用性和长时序稳定性。据此，研究进一步构建了全球2409条河流近40年的入海POC通量数据底板，将全球河流入海碳通量从“静态均值估计”推进到“逐年动态观测”。

研究在全球尺度上表明，在气候变化和人类活动共同作用下，全球河流入海POC通量正在快速增加。研究发现，全球47%的河流入海POC通量呈显著变化，其中约33%呈显著增加趋势，主要与北极暖湿化引发的冻土退化，以及热带地区毁林、采矿导致的土壤侵蚀加剧有关。同时，约14%的河流入海POC通量呈显著减小趋势，主要集中在欧洲、北美东部和我国东部等区域，主要与这些地区大量建坝引起的POC拦截增强有关。总体而言，北极冻土退化和热带毁林带来的增强效应超过了大坝拦截的削弱作用，推动全球河流POC入海通量在过去40年间净增加约20%。研究进一步揭示，长期观测不足的高山岛屿河流（东南亚群岛、巴布亚新几内亚、日本和新西兰等区域）是全球河流POC通量长期被低估的重要来源，其所在区域陆地面积仅占全球约3%，却贡献了约14%的全球河流POC通量。

过去40年全球河流入海颗粒有机碳通量变化

该研究在全球尺度上提供了河流入海碳通量长期变化的新证据。研究不仅开发了全球河流河段尺度有机碳遥感反演的动态机器学习框架，为全球河流碳通量变化提供了独立于过程模型的卫星观测约束；还同步发布了过去40年全球2409条河流逐年POC通量数据集（https://zenodo.org/records/20337044），为全球碳预算评估、河流碳研究提供了重要数据基础，同时也为下一代全球碳预算和海洋生物地球化学模型提供动态陆源碳输入约束，有助于提升对全球碳源汇演变及其气候反馈的认识和预测能力。

该研究得到了国家自然科学基金、阿里达摩院青橙奖的支持。李东锋为论文通讯作者，环境科学与工程学院博士生田上为第一作者，北京大学倪晋仁教授为论文主要合作者。