甲烷是仅次于二氧化碳的温室气体。自工业革命以来，大气中的甲烷浓度增加了一倍多，甲烷加倍所产生的温室效应在全球变暖中贡献约20%。
近日，中科院大气物理研究所研究员刘毅团队发现，2010年至2023年，热带陆地排放对全球甲烷浓度变化的贡献超过了80%，他们还首次提出海温可用于预测全球大气甲烷变化。相关研究成果在线发表于《自然—通讯》。
甲烷增温潜势是二氧化碳的84倍
2023年，中国和美国联合发布《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》，提到“甲烷排放对于升温的显著影响，加大行动控制和减少甲烷排放是21世纪20年代的必要事项”。
论文作者之一刘毅表示，在20年尺度范围内，甲烷的增温潜势是二氧化碳的84倍。甲烷寿命仅有8~11年，约为二氧化碳的1/10，其减排能在较短时间内实现抑制全球升温过快的目的。此外，甲烷也影响着对流层大气污染物和温室气体臭氧浓度的变化。在政府间气候变化专门委员会（IPCC）最新发布的第六次评估报告（AR6）中，首次阐述了甲烷排放控制对减缓气候变暖以及改善空气质量的作用。
值得注意的是，大气中的甲烷浓度并不是稳定变化的。1999年至2006年间大气中甲烷浓度基本没有变化；从2007年开始，甲烷重新恢复了增长，而且2014年以后甲烷浓度的增长速度更快了。“这种不稳定变化主要是由于甲烷源汇收支不平衡造成的。”论文作者之一、中科院大气物理研究所博士研究生朱思虹说。
朱思虹进一步解释道，甲烷的排放源主要为煤炭和油气、农业、牲畜、垃圾填埋等人为源，以及湿地、内陆淡水、生物质燃烧、冻土等自然源。目前研究普遍认为，近十几年甲烷增长是由于排放增加造成的，其中热带作为重要的排放源地，其排放变化会显著影响大气中甲烷浓度增长率的变化。
甲烷主要是由土壤中的产甲烷菌在厌氧环境下产生的。热带降水充足，分布着大量的自然湿地和淡水生态系统，为甲烷菌生产甲烷创造了良好的厌氧环境。论文第一作者、英国爱丁堡大学地球科学学院博士冯量指出，研究数据测算表明，热带每年排放的甲烷约占全球排放总量的60%，在2010年至2023年的排放变化可以解释同时期约84%的大气甲烷浓度增长率。
天地一体化新方法观测数据
大气甲烷浓度观测是精确评估全球和地区甲烷排放的关键环节。刘毅介绍，目前全球地面观测网的观测站点分布比较稀疏，主要集中在北半球中纬度地区，提供的观测信息十分有限。
“卫星遥感观测在一定程度上弥补了这一缺点，但2010年至2023年间研发的温室气体卫星观测覆盖范围不足，同时还受到云和气溶胶的影响，数据不够完整。”冯量说。
如何利用现有的观测预报手段预测大气甲烷浓度变化？刘毅说：“这比较困难，目前还是一个研究空白。”为此，研究人员利用日本碳监测卫星甲烷观测数据，结合碳同化模型，采用天地一体化新方法开展相关研究。
冯量表示，传统研究方法是一种“自下而上”的方法，通常是使用观测、统计方法或者地面模型计算单一源的排放。在这个过程中，通常会因为重复计算而存在一定程度的高估。这种方法还有一定的时间滞后性。
碳同化系统是一种“自上而下”的方法，利用卫星、飞机和地面观测大气浓度信息反推出甲烷的排放总量。这种方法很大程度改变了排放总量评估的不确定性，由于结合了近乎实时的浓度观测信息，可以更加高效地为减排政策提供科学支撑。
在新方法的支持下，研究首次发现，海温变化与南美热带地区、非洲中部在雨季和干季的甲烷排放显著相关。
以南美洲热带地区为例。该地区东北部降水与热带北太平洋、大西洋赤道东部的海温异常存在正相关关系，但是西南地区的降水与热带北太平洋的海温变化是负相关的。
“这种偶极子结构已经被证实与热带的大气环流相关，降水的变化通过影响土壤含水量进一步影响了甲烷排放的变化，因此当前的海温预测技术可以进一步帮助预测该区域的甲烷排放。”冯量说。
期待多角度全面评估
2023年，生态环境部应对气候变化司副司长陆新明在例行新闻发布会上透露，“十四五”期间，中国控制甲烷排放行动主要有五个方面的安排和打算，包括开展甲烷排放控制研究，推动出台中国甲烷排放控制行动方案，加强重点领域甲烷排放的监测、核算、报告和核查体系建设，鼓励先行先试，加强国际合作。
目前，包括中国在内的多个国家正在研制新一代甲烷观测卫星，计划开展国际组网观测，再结合无人机以及地面观测网等多平台观测优势，多角度、更全面地评估甲烷排放。
“2023年9月发射的高分五号02高光谱卫星正在测试阶段，即将提供甲烷观测数据。未来新一代碳卫星TanSat-2和即将入轨的大气监测卫星（DQ-2）将具备高精度高分辨率甲烷观测能力，助力全球甲烷收支评估。”刘毅说。
审稿专家认为，