甲烷观测：千万里，追寻着你丨大气悟理(2)

　　总碳柱观测网络（TCCON）（ 图片来源：TCCON官网）

　　2014年国际对地观测卫星委员会（CEOS）发布《天基碳观测战略》时，全球只发射了两颗搭载太阳短波红外二氧化碳和甲烷传感器的卫星，即欧洲空间局（ESA）2002年发射的ENVISAT卫星（2012年4该卫星与地球失去联系）和日本的GOSAT卫星（2009年至今）。自那时起，美国国家航空航天局（NASA）的OCO-2卫星、ESA的Sentinel-5P卫星以及其他一些在研或者规划阶段的太阳短波红外二氧化碳和甲烷卫星相继加入这两个开创性任务的行列。卫星可以迅速定位大型污染源，可以监测甲烷泄漏事故和含量异常的区域，帮助人们了解全球甲烷排放水平，估算不同地理区域的甲烷浓度。

　　欧洲环境卫星（ENVISAT）、日本GOSAT-1和美国OCO-2（图片来自网络）

　　甲烷监测，任重道远

　　我国在应对气候变化，履行《巴黎协定》控制温室气体排放方面付出了极大的努力。目前我国已经初步形成天、空、地一体化的温室气体立体观测能力，但观测的“主角”大多是二氧化碳，关于甲烷的观测依然比较缺失。

　　中科院大气物理研究所香河观测站（39.75°N, 116.96°E，海拔30 m ），始建于1973年，是中国科学院日地空间环境观测网络站之一，可以进行大气物理、化学、动力学多要素的综合观测。因重要观测项目多、观测设备昂贵，香河观测站结果被广泛地用于国际合作。香河地区夏季盛行的东南风和冬季盛行的西北风导致该测站全年受到周边地区人类活动的影响，可以观测人类活动造成的污染排放。香河站也位于甲烷排放源地区，因此该测站部署了地基高分辨率傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等仪器用于温室气体监测。香河站FTIR观测数据自2018年6月开始正式记录。

　　香河测站

　　大气所硕士生吉登辉及其合作者利用FTIR地基遥感和地面采样测量数据，同时利用全球碳柱总量观测网（TCCON）反演算法（GGG2014）和大气成分变化探测网（NDACC）反演算法（SFIT4）来计算甲烷的摩尔比浓度XCH4。观测表明，甲烷柱总量最高的是8月(约1.95 ppm)和12月(约1.92 ppm)；近地面的日变化中，甲烷夜间浓度高于白天。此外，他们从FTIR观测的太阳直射光谱分离了甲烷的对流层、平流层信号，从而反演了对流层和平流层的甲烷浓度，发现平流层甲烷浓度远低于对流层。研究指出，平流层甲烷摩尔比浓度随季节变化与平流层和对流层物质交换过程有密切关系。该研究结果发表在Advances in Atmospheric Sciences期刊。

　　甲烷在不同层的季节变化：对流层（蓝线），平流层（红线）

　　甲烷不同季节一天内浓度变化

　　新的国际气候谈判更加注重全球范围内的温室气体减排，温室气体排放清单也已经成为联合国气候变化框架公约下各国国家信息通报的主要内容。因此，想要在可持续发展背景下实施减排行动，首先要制作更为准确的包括甲烷在内的温室气体排放清单。目前，中国区域的多家观测站点非常稀少，空间分布不均，观测资料有限。仍然需要利用多时空尺度观测来研究甲烷的源和汇的特征，并为观测模式提供检验，从而对甲烷的全球分布及其变化规律进行更好的评估。

　　参考文献：

　　2. 黄满堂,王体健,赵雄飞,等.2019:2015年中国地区大气甲烷排放估计及空间分布[J].环境科学学报,39(５):1371-1380

　　3. 刘丽娟.差分傅里叶变换红外光声光谱大气污染气体检测研究

　　4. 岳桢干.2019:国外天基二氧化碳和甲烷监测能力及近期计划(上).[J].红外

　　来源：中国科学院大气物理研究所

文章来源：《分子科学学报》 网址: http://www.fzkxxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1008/335.html