甲烷是一种强效的温室气体。自工业革命以来，大气甲烷浓度增加了近2倍，其辐射强迫占所有温室气体的三分之一。我国作为当前全球最大的甲烷排放国之一，早在2007年就明确提出“努力控制甲烷排放增长速度”目标，“十二五”、“十三五”和“十四五”规划均提出控制甲烷排放相关措施，并在2023年发布了《甲烷排放控制行动方案》，对我国甲烷排放控制工作进行了顶层部署。
精确量化甲烷排放及其各部门的贡献对于追踪排放变化和评估减排效果至关重要。《甲烷排放控制行动方案》全面提出加强甲烷监测核算报告和核查体系建设的要求。我国甲烷排放核算起步晚，基础薄弱，排放控制和监测能力亟待加强。过去国际社会普遍认为中国甲烷排放对全球甲烷浓度增长有着显著影响，而中国科学院青藏高原研究所的最新研究表明，中国甲烷排放自2016年后增速明显放缓，对全球甲烷排放的贡献正在下降。该研究成果以“Slow Down in China's Methane Emission Growth”为题发表于《国家科学评论》期刊(National Science Review)。
文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae223
该项研究首先基于我国独立自主的全球大气反演系统“贡嘎”系统框架成功构建了反演精度高、计算代价小的“贡嘎”—甲烷系统（GONGGA-CH4）；进而利用该系统同化GOSAT卫星甲烷柱浓度观测，系统评估了2011至2021年全球和中国的甲烷排放。结果发现2016至2021年间中国甲烷排放增长显著放缓（0.1±0.3Tg CH4yr-2），这与2011至2015年的较高增长（0.9±0.5TgCH4yr-2）形成鲜明对比，而同期（2016至2021年间）全球甲烷排放却在加速（图1）。
与以往的反演方式相比，“贡嘎”—甲烷大气系统通过独特的4DVar正则化多要素共同反演技术实现了对主要甲烷排放部门的区分。研究结果显示，农业和湿地排放降低是中国甲烷排放增速减缓的主要原因（图2）。以往研究普遍认为，中国的稻田甲烷排放约占全球稻田排放的30%，且秸秆还田措施导致中国稻田甲烷排放上升。然而，“贡嘎”—甲烷系统的反演结果却提供了不同的视角：随着近年来大部分稻田已实现稳定的秸秆还田，水稻种植面积成为驱动甲烷排放变化的主要因素，其面积下降导致了2016年后农业甲烷排放下降。此外，研究还发现，南方近年来较为干旱的气候条件使得湿地甲烷排放大幅减少，这与全球热带区域甲烷排放幅上升趋势形成了鲜明对比，进一步体现了气候变化对不同区域的甲烷排放影响有很大差异。不过研究也指出，尽管在“关停小煤矿”的能源政策实施后，中国煤炭甲烷排放曾出现短暂下降趋势，但近年来随着能源需求的增加，煤炭甲烷排放又呈现出显著增长态势。这表明我国在甲烷排放控制方面依然任重道远。
该文章的第一作者、中国科学院青藏高原研究所赵敏特别研究助理介绍，由于甲烷在大气中的寿命较短（约10年），减少甲烷排放被认为是快速有效的减缓全球变暖的手段。“贡嘎”—甲烷系统的成功构建也为我们未来积极参与全球碳计划的甲烷排放评估奠定了坚实基础，对于实现《巴黎协定》中将全球气温升高控制在1.5摄氏度以下的目标至关重要。
该成果于2024年6月26日在线发表在《国家科学评论》杂志(National Science Review)，田向军研究员和汪宜龙副研究员为共同通讯作者。本研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究(2022QZKK0101)、国家自然科学基金(41988101、41975140、42001104)、青藏高原地球系统与资源环境重点实验室青年学者创新计划(TPESER- QNCX2022ZD -01)资助。
图1.中国年度甲烷排放量及其对全球的贡献
图2.中国不同地区和部门甲烷排放量的变化
