卫星遥感带你揭秘甲烷排放的时空变化丨观天测地
2021/5/27 17:00:00 中科院之声

     编者按：从古至今，人类从未停止过探索未知世界的脚步，认知世界的能力和手段与日俱增。中科院之声与中国科学院空天信息创新研究院联合开设“观天测地”专栏，为大家介绍天上地上探索的那些事儿，带来空天信息领域最新进展，普及科学知识。

     甲烷是重要的温室气体之一，虽然其大气浓度远低于二氧化碳，但是具有更强增温潜力、相对较短寿命和较强化学活性的特性。相较于控制二氧化碳来说，有效控制大气中甲烷含量的增加可以快速减缓近期全球变暖的速度，从而改善全球人类健康并减少作物产量的损失。

     IPCC第五次评估报告指出，自工业革命以来全球温度显著上升，导致全球范围内极端天气事件显著增加、高纬度和高海拔地区冻土积雪融化、海平面上升、农作物减产，对人类健康带来了许多负担与挑战。人类活动向大气中排放的大量温室气体，使得全球地气系统能量收支不平衡，进而导致全球气候正在加速变暖。

     随着气候变化和人类活动影响的增强，大气甲烷浓度呈现出逐年上升趋势且具有明显的季节变化和空间差异性。高时空分辨率综合甲烷排放清单可从空间分布、时间变化和排放源构成三个维度揭示大气甲烷浓度的时空分异特征。

     中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室石玉胜研究团队，开发了高时空分辨率甲烷综合排放清单遥感反演模型，建立了高时空分辨率中国甲烷综合排放清单数据库，阐明了湿地、植被、水稻田、反刍动物、生物质燃烧、能源活动、固体废弃物和废水处理等活动过程甲烷综合排放量。

     研究结果显示，中国2015年甲烷排放量为62 Tg, 主要分布于华北地区、华中地区和西南地区(图1)。其中，能源活动(19 Tg)、反刍动物(15 Tg)和水稻田(11 Tg)是中国最主要的甲烷排放源，排放量占总排放量的70%以上。

    

     图1 2015年中国甲烷排放量空间分布图

     中国不同排放源甲烷排放量的空间分布特征具有明显的差异性(图2)。能源活动的甲烷排放仅在某些特定区域内出现，且单位面积排放量极高。植被的甲烷排放分布范围广泛，几乎涵盖整个研究区域，但单位面积排放量相对较低。反刍动物和水稻田的甲烷排放与其空间分布相吻合，反刍动物甲烷排放量主要分布在华北平原，而水稻田排放量则主要分布在华中和华东地区。

    

     图2 中国(a)能源活动、(b)反刍动物、(c)水稻田、(d)湿地、(e)植被、(f)废水、(g)固体废弃物和(h)生物质燃烧甲烷排放量空间分布图(g CH4 m-2 yr-1)

     从时间变化趋势上看，中国甲烷排放量在1月份为最低值，7月份为最高值，主要是由于植被、湿地、水稻、反刍动物粪便管理和废水处理等与环境因素(温度、降雨量、日照时数等)相关的排放源导致的(图3)。这也使得中国甲烷排放量呈现出夏秋高、春冬低的季节特征。

    

     图3 中国不同月份各排放源甲烷排放量

     以能源活动为主的甲烷排放，不具有明显的季节变化特征。以水稻排放量为主的甲烷排放，在水稻生长季节具有高的甲烷排放量。

     本研究开发的高时空分辨率甲烷综合排放清单，为全球和中国甲烷收支平衡、温室气体卫星观测和大气化学传输模拟提供了重要的输入参数。对于阐明中国各地区甲烷排放现状与特征，并制定相应的温室气体减排目标与措施、科学并准确的控制甲烷排放具有重要的理论指导意义。

     该研究成果以《高时空分辨率中国甲烷综合排放清单遥感估算研究》为题，发表在环境科学与生态学期刊《总体环境科学(Science of the Total Environment)》上。空天信息创新研究院硕士研究生巩诗瑶为论文第一作者，副研究员石玉胜为论文通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院等项目的支持。

     来源：中国科学院空天信息创新研究院

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