衞星遙感帶你揭秘甲烷排放的時空變化丨觀天測地_風聞

編者按：從古至今，人類從未停止過探索未知世界的腳步，認知世界的能力和手段與日俱增。中科院之聲與中國科學院空天信息創新研究院聯合開設“觀天測地”專欄，為大家介紹天上地上探索的那些事兒，帶來空天信息領域最新進展，普及科學知識。

甲烷是重要的温室氣體之一，雖然其大氣濃度遠低於二氧化碳，但是具有更強增温潛力、相對較短壽命和較強化學活性的特性。相較於控制二氧化碳來説，有效控制大氣中甲烷含量的增加可以快速減緩近期全球變暖的速度，從而改善全球人類健康並減少作物產量的損失。

IPCC第五次評估報告指出，自工業革命以來全球温度顯著上升，導致全球範圍內極端天氣事件顯著增加、高緯度和高海拔地區凍土積雪融化、海平面上升、農作物減產，對人類健康帶來了許多負擔與挑戰。人類活動向大氣中排放的大量温室氣體，使得全球地氣系統能量收支不平衡，進而導致全球氣候正在加速變暖。

隨着氣候變化和人類活動影響的增強，大氣甲烷濃度呈現出逐年上升趨勢且具有明顯的季節變化和空間差異性。高時空分辨率綜合甲烷排放清單可從空間分佈、時間變化和排放源構成三個維度揭示大氣甲烷濃度的時空分異特徵。

中國科學院空天信息創新研究院遙感衞星應用國家工程實驗室石玉勝研究團隊，開發了高時空分辨率甲烷綜合排放清單遙感反演模型，建立了高時空分辨率中國甲烷綜合排放清單數據庫，闡明瞭濕地、植被、水稻田、反芻動物、生物質燃燒、能源活動、固體廢棄物和廢水處理等活動過程甲烷綜合排放量。

研究結果顯示，中國2015年甲烷排放量為62 Tg, 主要分佈於華北地區、華中地區和西南地區（圖1）。其中，能源活動（19 Tg）、反芻動物（15 Tg）和水稻田（11 Tg）是中國最主要的甲烷排放源，排放量佔總排放量的70%以上。

圖1 2015年中國甲烷排放量空間分佈圖

中國不同排放源甲烷排放量的空間分佈特徵具有明顯的差異性（圖2）。能源活動的甲烷排放僅在某些特定區域內出現，且單位面積排放量極高。植被的甲烷排放分佈範圍廣泛，幾乎涵蓋整個研究區域，但單位面積排放量相對較低。反芻動物和水稻田的甲烷排放與其空間分佈相吻合，反芻動物甲烷排放量主要分佈在華北平原，而水稻田排放量則主要分佈在華中和華東地區。

圖2 中國（a）能源活動、（b）反芻動物、（c）水稻田、（d）濕地、（e）植被、（f）廢水、（g）固體廢棄物和（h）生物質燃燒甲烷排放量空間分佈圖（g CH4 m-2 yr-1）

從時間變化趨勢上看，中國甲烷排放量在1月份為最低值，7月份為最高值，主要是由於植被、濕地、水稻、反芻動物糞便管理和廢水處理等與環境因素（温度、降雨量、日照時數等）相關的排放源導致的（圖3）。這也使得中國甲烷排放量呈現出夏秋高、春冬低的季節特徵。

圖3 中國不同月份各排放源甲烷排放量

以能源活動為主的甲烷排放，不具有明顯的季節變化特徵。以水稻排放量為主的甲烷排放，在水稻生長季節具有高的甲烷排放量。

本研究開發的高時空分辨率甲烷綜合排放清單，為全球和中國甲烷收支平衡、温室氣體衞星觀測和大氣化學傳輸模擬提供了重要的輸入參數。對於闡明中國各地區甲烷排放現狀與特徵，並制定相應的温室氣體減排目標與措施、科學並準確的控制甲烷排放具有重要的理論指導意義。

該研究成果以《高時空分辨率中國甲烷綜合排放清單遙感估算研究》為題，發表在環境科學與生態學期刊《總體環境科學（Science of the Total Environment）》上。空天信息創新研究院碩士研究生鞏詩瑤為論文第一作者，副研究員石玉勝為論文通訊作者。該研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院等項目的支持。

來源：中國科學院空天信息創新研究院