甲烷作為全球第二大溫室氣體，具有增溫潛勢(shì)高、壽命短的特點(diǎn)，這使得其減排成為應(yīng)對(duì)氣候變化的核心議題之一。在全球變化的背景下，深入理解全球甲烷源匯的變化及其機(jī)制對(duì)減少甲烷排放和控制大氣甲烷濃度至關(guān)重要。

北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院與碳中和研究院彭書時(shí)研究組與國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究機(jī)構(gòu)合作，分析了大氣甲烷濃度的站點(diǎn)觀測(cè)和飛機(jī)航測(cè)數(shù)據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，自1980年代以來，北半球高緯地區(qū)大氣甲烷濃度的季節(jié)振幅呈現(xiàn)減弱趨勢(shì)，而副熱帶及熱帶地區(qū)的季節(jié)振幅卻顯著增強(qiáng)。由于甲烷自然排放和甲烷大氣匯（主要被大氣OH自由基的氧化)的增加（或減少)對(duì)季節(jié)振幅有完全相反作用，因此這一季節(jié)振幅變化趨勢(shì)及其空間差異為解析全球甲烷源匯的長(zhǎng)期演變提供了關(guān)鍵觀測(cè)證據(jù)。

圖1. 大氣甲烷濃度季節(jié)振幅的長(zhǎng)期變化。

基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)通過進(jìn)一步的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析和模擬實(shí)驗(yàn)，定量解析了甲烷季節(jié)振幅變化與各類排放源及大氣匯的關(guān)聯(lián)機(jī)制，揭示了北半球高緯地區(qū)季節(jié)振幅的減弱主要由氣候變暖引發(fā)的自然源排放增強(qiáng)所致，為自然甲烷排放對(duì)氣候變暖的正反饋效應(yīng)提供了最直接的觀測(cè)證據(jù)。副熱帶及熱帶大氣甲烷季節(jié)振幅的增強(qiáng)則主要?dú)w因于大氣匯的提升——據(jù)推算，自1984年以來全球?qū)α鲗覱H自由基濃度已上升10±1%，這可能與人為氮氧化物排放增加和一氧化碳排放減少有關(guān)；結(jié)合同期大氣甲烷濃度的增長(zhǎng)，研究推斷大氣甲烷匯增加了21±1%。此外，人為甲烷排放由北半球中高緯地區(qū)向熱帶轉(zhuǎn)移，通過大氣傳輸主導(dǎo)了亞洲、孟加拉灣和阿拉伯海的季節(jié)振幅上升。

圖2. 大氣甲烷濃度季節(jié)振幅長(zhǎng)期變化的歸因。

該研究為探究全球甲烷源匯的時(shí)空變化提供了新視角，并為減緩氣候變化提供了重要科學(xué)依據(jù)。研究強(qiáng)調(diào)，在未來持續(xù)變暖及空氣污染物（例如氮氧化物）減排的情景下，即使人為甲烷排放得到控制，北半球高緯自然甲烷排放增加及大氣匯的減弱仍可能導(dǎo)致大氣甲烷濃度進(jìn)一步增加，因此需要“額外”減排才能實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)。

研究成果以《大氣甲烷季節(jié)振幅變化趨勢(shì)》（“Trends in the seasonal amplitude of atmospheric methane”）為題，于2025年5月7日在線發(fā)表在《自然》（ Nature ）上。北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院2022級(jí)博士生劉剛為論文第一作者，彭書時(shí)教授為通訊作者。北京大學(xué)大氣與海洋科學(xué)系沈路路研究員、法國(guó)氣候與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室Philippe Ciais教授、Didier Hauglustaine教授、林鑫研究員、席毅博士、美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校Xin Lan 研究員、華盛頓大學(xué)Alexander J. Turner教授、北京大學(xué)博士生朱彧參與了研究。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（42325102）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFE0209100）的資助。