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21 世纪 20 年代初，大气甲烷的混合比增速创下历史新高。已有研究指出，2020 年甲烷浓度的高速增长，是自然源排放增加与大气氧化能力同步下降共同导致的结果 —— 大气中可参与甲烷清除的羟基自由基含量有所减少。针对 2021 年甲烷增速居高不下的现象，林等人和尼斯贝特等人的研究将其归因于湿地排放的增加，但未对羟基自由基引发的大气氧化能力的多种潜在变化进行验证。

Recent changes in methane emissions and OH removal relative to 2019 for (A) different source sectors and (B) different processes.

米歇尔等人的研究发现，2020 至 2022 年大气甲烷浓度持续上升的同时，整体大气甲烷的碳 13 同位素丰度呈下降趋势；他们认为这一信号源于微生物介导源的甲烷排放增加，这类排放源的甲烷同位素贫化，主要包括畜牧业、废弃物处理、湿地、稻田土壤、内陆水体及冻土淹水土壤等，同时指出仅大气氧化能力下降无法解释 2019 年后伴随碳 13 同位素丰度降低的甲烷浓度增长，但该研究未像彭等人和林等人的研究那样，考虑多种因素的共同作用。

大气反演模型的核心是求解与大气观测混合比及排放源先验知识相匹配的地表排放时空最优分布。由于甲烷收支中最大的单一通量是大气羟基自由基对甲烷的清除作用，因此反演分析所采用的羟基自由基先验分布数据，会直接影响地表排放的诊断结果。

索努瓦等人在近期甲烷收支评估中使用的反演模型自 2020 年起未再更新，且该模型假设 2017 年后羟基自由基混合比无变化，这与新冠疫情期间人为源氮氧化物和一氧化碳排放大幅下降、并可能对羟基自由基含量产生影响的相关证据相悖。

北京大学碳中和研究所彭书时团队将甲烷收支分析的时间范围拓展至 2019 年至 2023 年底。美国国家海洋和大气管理局全球温室气体参考观测网的地面站点可精准测量大气甲烷混合比，但受空间采样范围限制，无法充分约束排放的区域细节，在热带和北极地区尤为明显。

卫星观测的地球覆盖范围更密集，可提供大气甲烷柱总量数据。本研究利用温室气体观测卫星数据计算全球甲烷增长速率，同时将该数据作为大气反演模型的输入参数，以约束区域排放变化。

研究对比了温室气体观测卫星与地面站点测得的甲烷增长速率，尽管两套观测系统相互独立，且地面站点测得的增长速率年际变异对大气输送变率更为敏感，但在本研究的时间范围内，两套系统的增长速率估算结果高度一致。2019 至 2023 年间，甲烷增长速率始终维持在较高水平，地面站点测得值为每年 12.7 纳升 / 升，温室气体观测卫星测得值为每年 12.1 纳升 / 升，均高于前十年的水平。

2019 年后，温室气体观测卫星测得的甲烷增长速率在 2020 至 2021 年达到每年 16.4 纳升 / 升的峰值，2022 年稳定在每年 12.7 纳升 / 升，2023 年回落至每年 8.6 纳升 / 升。

据笔者所知，目前尚无甲烷收支分析研究能覆盖截至 2023 年甲烷增长速率的近期峰值与回落过程，并完成完整的区域归因，尽管已有研究指出，硫酸盐排放减少对湿地排放的影响及热带湿地排放的增加均起到了一定作用。

本研究针对这一研究空白开展工作，具体包括：第一，结合更新后的人为源和火灾源前体物排放数据，以及一氧化碳、氮氧化物和臭氧的观测混合比数据，为大气羟基自由基的四维分布近期变化提供新的观测约束；第二，将三套全球三维大气反演模型与新的羟基自由基分布数据整合，推导地表排放的变化特征，并按纬度带和排放源类型给出甲烷收支数据；

第三，采用自下而上的研究方法，结合排放清单和模型，对畜牧业、水稻种植、河流、湖泊、湿地、火灾及化石燃料等排放源的近期变化进行全新估算。

本研究提出三项假说：第一，2020 年初至 2021 年年中的新冠疫情期间，人类活动导致氮氧化物排放减少，使得羟基自由基混合比下降，大气对甲烷的清除作用暂时减弱，进而推高甲烷增长速率；

第二，2020 年至 2023 年年中拉尼娜湿润期，全球降雨量增加、土壤湿度上升，导致湿地和内陆水体的自然源甲烷排放增加；

第三，尽管《全球甲烷承诺》提出到 2030 年将甲烷排放较 2020 年水平减少 30%，但化石燃料源的甲烷排放仍在持续增加。与米歇尔等人的研究场景不同 —— 该研究仅通过改变单一排放源来解释甲烷增长速率的变化，本研究认为上述三项假说并非相互排斥，因此旨在量化各因素共同作用下的潜在贡献。

自下而上的排放估算结果存在较大不确定性，尤其是湿地和内陆水体的排放，这类排放鲜有局地通量观测或全球大气观测数据的约束。此次大气甲烷浓度的激增为验证研究提供了独特契机，可检验 2019 至 2023 年间，所有自下而上估算的排放总量减去羟基自由基对全球大气甲烷的清除量，是否与观测到的甲烷增长速率相符。

本研究利用新的观测数据约束羟基自由基分布，以更精准地掌握大气甲烷汇的变化，进而更好地约束全球甲烷排放。若自下而上的排放估算结果与自上而下的反演结果不符，则可厘清不确定性较高的自下而上模型的偏差，尤其是湿地和内陆水体的排放模型。因

此，本研究对比了基于空间显式模型的自下而上排放集合结果与反演模型结果在区域和排放源类型上的变化特征。最后，研究验证了反演模型估算的微生物源、火灾源和化石燃料源排放的拆分结果，是否与基于碳 13 同位素平衡的大气观测信号一致。

彭书时，男，北京大学城市与环境学院教授、博雅特聘教授。2007年获武汉大学环境科学学士学位，2012年获北京大学自然地理博士学位。2012-2015年在法国LGGE和LSCE实验室从事博士后研究，2015年入职北京大学任预聘制助理教授，2024年任现职 。

长期从事全球气候变化与陆地生态系统研究，聚焦土地利用变化对气候的反馈作用及甲烷收支平衡。主持国家自然科学基金面上项目“全球变化对中国湿地生态系统CO2和CH4源汇功能的影响及其机制”（直接经费75万元）。2020年在《自然-气候变化》发表研究预测全球Ramsar内陆湿地到2100年低排放情景下面积损失达6000 km² 。

2025年在《自然》发表论文揭示近40年甲烷浓度增长的驱动机制，阐明甲烷排放端“源”与清除端“汇”演变规律。在《自然-气候变化》发表研究预测全球Ramsar内陆湿地到2100年低排放情景下面积损失达6000 km² [5]。2023年获国家自然科学基金杰出青年科学基金资助，2022年入选科睿唯安全球“高被引科学家”名单 。现任iScience咨询编辑和Global Change Biology学科编辑

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx8262

来源：碳谷

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