GRiMeDB: The global river database of methane concentrations and fluxes
Creators
- 1. University of Wisconsin–Madison
- 2. United States Geological Survey
- 3. University of Winnipeg
- 4. Umeå University
- 5. Swedish University of Agricultural Sciences
- 6. Peking University
- 7. Centre d'Estudis Avançats de Blanes
Description
Abstract. Despite their small spatial extent, fluvial ecosystems play a significant role in processing and transporting carbon in aquatic networks, which results in substantial emission of methane (CH4) to the atmosphere. For this reason, considerable effort has been put into identifying patterns and drivers of CH4 concentrations in streams and rivers and estimating fluxes to the atmosphere across broad spatial scales. Yet progress toward these ends has been slow because of pronounced spatial and temporal variability of lotic CH4 concentrations and fluxes and by limited data availability across diverse habitats and physicochemical conditions. To address these challenges, we present the first comprehensive database of CH4 concentrations and fluxes for fluvial ecosystems along with broadly relevant and concurrent physical and chemical data. The Global River Methane database (GriMeDB; https://doi.org/10.6073/pasta/b7d1fba4f9a3e365c9861ac3b58b4a90) includes 24,024 records of CH4 concentration and 8,205 flux measurements from 5,037 unique sites that were extracted from publications, reports, data repositories, and other outlets published between 1973 and 2021. GriMeDB also includes 17,655 and 8,409 concurrent measurements of concentrations and 4,444 and 1,521 of fluxes for CO2 and nitrous oxide (N2O) respectively. Most observations are date-specific (i.e., not site averages) and many are supported by data for 12 physicochemical variables and 6 site variables. Site variables include codes to characterize marginal channel types (e.g., springs, ditches) and/or presence of human disturbance (e.g., point source inputs, upstream dams). Overall, observations in GRiMeDB encompass a broad range of the climatic, biological, and physical conditions that occur among world river basins, although some geographic gaps remain (e.g., arid regions, tropical regions, high latitudes and altitude systems). The global median CH4 concentration (0.20 μmol L-1) and diffusive flux (0.44 mmol m-2 d-1) in GRiMeDB are lower than estimates from past, site-averaged compilations, although ranges and standard deviations are greater from this larger and more temporally-resolved database. Available flux data are dominated by diffusive measurements despite the recognized importance of ebullitive and plant-mediated CH4 fluxes. Despite these limitations, GriMeDB provides a comprehensive and cohesive resource for examining relationships between CH4 and environmental drivers, estimating the contribution of fluvial ecosystems to CH4 emissions, and to contextualize site-based investigations.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الخلاصة. على الرغم من صغر نطاقها المكاني، تلعب النظم الإيكولوجية النهرية دورًا مهمًا في معالجة ونقل الكربون في الشبكات المائية، مما يؤدي إلى انبعاث كبير للميثان (CH4) إلى الغلاف الجوي. لهذا السبب، تم بذل جهد كبير في تحديد أنماط ودوافع تركيزات الميثان في الجداول والأنهار وتقدير التدفقات إلى الغلاف الجوي عبر المقاييس المكانية الواسعة. ومع ذلك، كان التقدم نحو هذه الغايات بطيئًا بسبب التباين المكاني والزماني الواضح لتركيزات وتدفقات الميثان اللوتيكي ومحدودية توافر البيانات عبر الموائل المتنوعة والظروف الفيزيائية الكيميائية. ولمواجهة هذه التحديات، نقدم أول قاعدة بيانات شاملة لتركيزات الميثان وتدفقاته للنظم الإيكولوجية النهرية إلى جانب البيانات الفيزيائية والكيميائية ذات الصلة والمتزامنة على نطاق واسع. تتضمن قاعدة بيانات الميثان العالمية للنهر (GriMeDB ؛ https://doi.org/10.6073/pasta/b7d1fba4f9a3e365c9861ac3b58b4a90) 24,024 سجلًا لتركيز CH4 و 8,205 قياسات تدفق من 5,037 موقعًا فريدًا تم استخراجها من المنشورات والتقارير ومستودعات البيانات وغيرها من المنافذ المنشورة بين عامي 1973 و 2021. يتضمن GriMeDB أيضًا 17,655 و 8,409 قياسًا متزامنًا للتركيزات و 4,444 و 1,521 تدفقًا لثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروز (N2O) على التوالي. معظم الملاحظات خاصة بالتاريخ (أي ليست متوسطات الموقع) والعديد منها مدعوم ببيانات لـ 12 متغيرًا فيزيائيًا كيميائيًا و 6 متغيرات موقع. تتضمن متغيرات الموقع رموزًا لتمييز أنواع القنوات الهامشية (على سبيل المثال، الينابيع والخنادق) و/أو وجود اضطراب بشري (على سبيل المثال، مدخلات المصدر النقطي والسدود العلوية). بشكل عام، تشمل الملاحظات في GRiMeDB مجموعة واسعة من الظروف المناخية والبيولوجية والفيزيائية التي تحدث بين أحواض الأنهار في العالم، على الرغم من بقاء بعض الفجوات الجغرافية (على سبيل المثال، المناطق القاحلة والمناطق الاستوائية وخطوط العرض العالية وأنظمة الارتفاع). المتوسط العالمي لتركيز CH4 (0.20 ميكرومول L -1) والتدفق الانتشاري (0.44 مليمول m -2 d -1) في GRiMeDB أقل من التقديرات من التجميعات السابقة ذات متوسط الموقع، على الرغم من أن النطاقات والانحرافات المعيارية أكبر من قاعدة البيانات الأكبر والأكثر حلاً من الناحية الزمنية. تهيمن القياسات المنتشرة على بيانات التدفق المتاحة على الرغم من الأهمية المعترف بها لتدفقات الميثان القابلة للثوران والوساطة النباتية. على الرغم من هذه القيود، يوفر GriMeDB موردًا شاملاً ومتماسكًا لفحص العلاقات بين الميثان والدوافع البيئية، وتقدير مساهمة النظم الإيكولوجية النهرية في انبعاثات الميثان، ووضع التحقيقات القائمة على الموقع في سياقها.Translated Description (French)
Résumé. Malgré leur faible étendue spatiale, les écosystèmes fluviaux jouent un rôle important dans le traitement et le transport du carbone dans les réseaux aquatiques, ce qui entraîne une émission substantielle de méthane (CH4) dans l'atmosphère. Pour cette raison, des efforts considérables ont été déployés pour identifier les modèles et les facteurs des concentrations de CH4 dans les cours d'eau et les rivières et estimer les flux dans l'atmosphère à grande échelle spatiale. Pourtant, les progrès vers ces objectifs ont été lents en raison de la variabilité spatiale et temporelle prononcée des concentrations et des flux de CH4 lotiques et de la disponibilité limitée des données dans divers habitats et conditions physico-chimiques. Pour relever ces défis, nous présentons la première base de données complète sur les concentrations et les flux de CH4 pour les écosystèmes fluviaux ainsi que des données physiques et chimiques largement pertinentes et concurrentes. La base de données Global River Methane (GriMeDB ; https://doi.org/10.6073/pasta/b7d1fba4f9a3e365c9861ac3b58b4a90) comprend 24 024 enregistrements de concentration de CH4 et 8 205 mesures de flux provenant de 5 037 sites uniques qui ont été extraits de publications, de rapports, de référentiels de données et d'autres points de vente publiés entre 1973 et 2021. GriMeDB comprend également 17 655 et 8 409 mesures simultanées des concentrations et 4 444 et 1 521 des flux de CO2 et d'oxyde nitreux (N2O) respectivement. La plupart des observations sont spécifiques à la date (c.-à-d. pas les moyennes du site) et beaucoup sont étayées par des données pour 12 variables physico-chimiques et 6 variables du site. Les variables du site comprennent des codes pour caractériser les types de canaux marginaux (p. ex., sources, fossés) et/ou la présence de perturbations humaines (p. ex., sources ponctuelles, barrages en amont). Dans l'ensemble, les observations dans GRiMeDB englobent un large éventail de conditions climatiques, biologiques et physiques qui se produisent dans les bassins fluviaux mondiaux, bien que certaines lacunes géographiques subsistent (par exemple, les régions arides, les régions tropicales, les hautes latitudes et les systèmes d'altitude). La concentration médiane globale de CH4 (0,20 μmol L-1) et le flux diffusif (0,44 mmol m-2 j-1) dans GRiMeDB sont inférieurs aux estimations des compilations antérieures, moyennées par site, bien que les plages et les écarts types soient plus importants à partir de cette base de données plus grande et plus résolue dans le temps. Les données disponibles sur les flux sont dominées par les mesures diffusives malgré l'importance reconnue des flux de CH4 ébullitifs et d'origine végétale. Malgré ces limites, GriMeDB fournit une ressource complète et cohérente pour examiner les relations entre le CH4 et les facteurs environnementaux, estimer la contribution des écosystèmes fluviaux aux émissions de CH4 et contextualiser les enquêtes sur site.Translated Description (Spanish)
Resumen. A pesar de su pequeña extensión espacial, los ecosistemas fluviales desempeñan un papel importante en el procesamiento y transporte de carbono en las redes acuáticas, lo que resulta en una emisión sustancial de metano (CH4) a la atmósfera. Por esta razón, se ha realizado un esfuerzo considerable para identificar patrones e impulsores de las concentraciones de CH4 en arroyos y ríos y estimar los flujos a la atmósfera a través de amplias escalas espaciales. Sin embargo, el progreso hacia estos fines ha sido lento debido a la pronunciada variabilidad espacial y temporal de las concentraciones y flujos loticos de CH4 y a la disponibilidad limitada de datos en diversos hábitats y condiciones fisicoquímicas. Para abordar estos desafíos, presentamos la primera base de datos integral de concentraciones y flujos de CH4 para ecosistemas fluviales junto con datos físicos y químicos ampliamente relevantes y concurrentes. La base de datos Global River Methane (GriMeDB; https://doi.org/10.6073/pasta/b7d1fba4f9a3e365c9861ac3b58b4a90) incluye 24.024 registros de concentración de CH4 y 8.205 mediciones de flujo de 5.037 sitios únicos que se extrajeron de publicaciones, informes, repositorios de datos y otros puntos de venta publicados entre 1973 y 2021. GriMeDB también incluye 17.655 y 8.409 mediciones simultáneas de concentraciones y 4.444 y 1.521 de flujos para CO2 y óxido nitroso (N2O) respectivamente. La mayoría de los resultados son específicos de la fecha (es decir, no son promedios del sitio) y muchos están respaldados por datos para 12 variables fisicoquímicas y 6 variables del sitio. Las variables del sitio incluyen códigos para caracterizar los tipos de canales marginales (por ejemplo, resortes, zanjas) y/o la presencia de perturbaciones humanas (por ejemplo, entradas de fuentes puntuales, presas aguas arriba). En general, las observaciones en GRiMeDB abarcan una amplia gama de condiciones climáticas, biológicas y físicas que se producen entre las cuencas fluviales mundiales, aunque persisten algunas brechas geográficas (por ejemplo, regiones áridas, regiones tropicales, latitudes altas y sistemas de altitud). La concentración media global de CH4 (0,20 μmol L-1) y el flujo difusivo (0,44 mmol m-2 d-1) en GRiMeDB son más bajos que las estimaciones de compilaciones pasadas promediadas en el sitio, aunque los rangos y las desviaciones estándar son mayores a partir de esta base de datos más grande y más resuelta temporalmente. Los datos de flujo disponibles están dominados por mediciones difusivas a pesar de la importancia reconocida de los flujos de CH4 ebullitivos y mediados por plantas. A pesar de estas limitaciones, GriMeDB proporciona un recurso integral y coherente para examinar las relaciones entre CH4 y los impulsores ambientales, estimar la contribución de los ecosistemas fluviales a las emisiones de CH4 y contextualizar las investigaciones basadas en el sitio.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- GRiMeDB: قاعدة بيانات الأنهار العالمية لتركيزات الميثان وتدفقاته
- Translated title (French)
- GRiMeDB : La base mondiale de données fluviales sur les concentrations et les flux de méthane
- Translated title (Spanish)
- GRiMeDB: La base de datos fluvial mundial de concentraciones y flujos de metano
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4306769731
- DOI
- 10.5194/essd-2022-346