自主研發模型解析全球甲烷源匯變化
?近日，“環喜馬拉雅地區環境變化的全球聯動效應”任務中國科學院青藏高原研究所、北京大學碳中和研究院等單位合作，依托我國自主研發的“貢嘎”-甲烷大氣反演系統，結合多套自主研發的濕地甲烷過程模型，系統評估了2019-2024年全球甲烷收支變化，揭示了近年來大氣甲烷濃度變化背后的源匯機制。
甲烷（CH4）是僅次于二氧化碳的重要人為溫室氣體，具有大氣壽命較短、增溫效應強等特點。因此，控制甲烷排放被認為是減緩近期氣候變暖最有效的途徑之一。《全球甲烷承諾》提出，到2030年實現全球人為源甲烷排放較2020年減少約30%的目標。然而，近年來全球大氣甲烷濃度增長率劇烈波動，科學界對其背后源匯變化的定量認識仍存在較大不確定性。
????研究發現，2020-2022年，大氣中清除甲烷的主要氧化劑—羥基自由基（OH）濃度下降，削弱了大氣對甲烷的氧化清除能力，是推動全球大氣甲烷濃度持續快速上升的重要原因。進入2023-2024年，隨著OH濃度回升，大氣甲烷清除能力有所增強，大氣甲烷增長率也回落至接近2010年代的水平。
????然而，研究進一步表明，大氣增長率的放緩并不意味著甲烷排放同步減弱。2023年全球甲烷排放曾短暫降低，但到2024年又明顯反彈。與現有長期模型結果相比，2024年全球甲烷排放已升至近40年來的高位水平。也就是說，增強的大氣清除作用在很大程度上被排放增量所抵消，使得大氣甲烷增長率難以直接反映真實的排放變化。
????研究指出，濕地甲烷排放的年際變化是影響近年來大氣甲烷增長率波動的重要自然因素，而降水變化則是調控濕地甲烷排放年際波動的關鍵因素。2020-2022年持續拉尼娜期間，多個濕地區域降水增加，促進了濕地甲烷排放；2023年，厄爾尼諾導致部分濕地區域出現嚴重干旱，濕地排放減弱；進入2024年后，隨著拉尼娜條件重新出現、部分地區降水恢復，濕地甲烷排放再次增強。
????該研究揭示了一個值得關注的重要信號：僅濕地甲烷排放變化與大氣OH濃度變化導致的甲烷清除能力變化，其年際波動量級與《全球甲烷承諾》的年均人為源減排規模相當。這意味著，如果不能準確監測和區分自然過程源匯變化與人為排放變化，全球甲烷減排進展可能會被自然系統的劇烈波動所掩蓋。
????本研究構建了“自主反演系統+自主過程模型”的分析框架，展示了我國在甲烷核算領域從“全球收支反演”到“排放機制解析”的核心技術能力。其中，“貢嘎”-甲烷大氣反演系統由中國科學院青藏高原研究所團隊研發，采用先進的非線性最小二乘四維變分同化算法，融合衛星觀測的全球甲烷數據，實現了對全球不同區域、不同部門甲烷排放的高精度反演。北京大學、中國科學院大氣物理研究所、河海大學等研究團隊自主研發的IBIS、CH4MODwetland和TRIPLEX-GHG等濕地過程模型，為評估全球濕地甲烷排放變化及其驅動機制提供了重要支撐。該研究為全球甲烷源匯監測和歸因分析提供了重要科學支撐，也展現了我國自主模型體系在全球溫室氣體核算和國際氣候治理中的應用潛力。
????中國科學院青藏高原研究所汪宜龍副研究員為論文第一作者，趙敏博士、田向軍研究員和北京大學袁文平教授為論文通訊作者；北京大學樸世龍院士、中國科學院青藏高原研究所汪濤研究員、中國科學院大氣物理研究所李婷婷研究員、河海大學朱求安教授等為共同作者。
圖?2020-2024年大氣甲烷增長率波動歸因