卫星遥感揭示中国区域对流层中高层大气甲烷的三维分布特征

作为仅次于二氧化碳（CO2）的第二大温室气体，甲烷（CH4）自工业革命以来持续增长，直接影响气候变化。但是迄今，人们对它的研究却并不充分。 1983年起，世界气象组织(WMO) 相继在全球不同经纬度地区建立大气本底监测站网，连续监测近地面层大气CH4浓度变化，但由于有限的观测台站大都分布在发达国家和人类可以到达的地方，因此全球许多地方存在观测空白。中国幅员辽阔，但是目前只有少数的几个站点在开展近地面甲烷的观测，难以获取详细的甲烷时空分布信息，特别是对流层中高层大气甲烷的变化规律还难以掌握。

由中国气象局国家卫星气象中心张兴赢副研究员撰写的《卫星遥感中国对流层中高层大气甲烷的时空分布特征》一文首次揭示了中国地区对流层中高层大气甲烷的三维分布规律，这项研究表于《科学通报》2011年第56期上。他们利用美国的卫星遥感资料首次对中国地区对流层中高层大气甲烷的三维分布规律进行了研究。

卫星遥感可以提供广空间区域、高空三维的甲烷分布信息，可以有效弥补传统近地面观测的不足。2009年美国Aqua卫星发布了业务的对流层中高层大气甲烷遥感资料。国际的一些学者已经利用该资料对全球对流层中高层大气甲烷的分布做了一些宏观的研究。

张兴赢等人利用这些卫星资料，结合中国区域近地面的甲烷观测资料，深入研究分析了中国区域对流层中高层大气甲烷的三维分布和变化规律。研究发现在中国的对流层中层, 由于接近地面，受人为排放的影响更为显著，因此甲烷浓度最低的区域分布于中国工业和经济发展最不发达的西部地区，而在高层由于大气充分混合后，甲烷的低值分布在靠近海区的中国南部地区。研究还发现受人为排放的显著影响, 甲烷在中国东部和北部地区具有明显的双峰季节变化特征，最高值出现在夏季，次高值出现在冬季，而南部和西部地区的高值只出现在夏季。从全球的资料来看，近六年中国地区的对流层中高层的甲烷与北半球的几个主要地区的含量相当，还略低于俄罗斯、阿拉斯加、加拿大和格陵兰岛地区。北半球各国的大气甲烷在2007年之前均保持相对稳定，在2007年后都有一个明显的增长，中国的增长速度比其他几个国家地区要更加显著一些。

张兴赢等人认为：由于卫星甲烷遥感定量精度的限制以及只有几年的探测数据，因此目前研究结论仅能代表研究周期内的初步结论，其不确定性是客观存在的。要想更加客观地揭示大气甲烷的三维分布特征和长期变化规律，未来需要进一步提高卫星遥感甲烷的定量精度，同时需要更长时间的多远卫星观测数据。

为了能够更加深入了解中国区域大气甲烷的三维分布特征，进一步提高卫星遥感甲烷的精度，在中国气象局的支持下，该研究组还建立了地基高光谱大气遥感观测实验室，利用高精度地基高光谱仪获取从地面到高空80 km的甲烷浓度变化信息，目前已经取得了一些初步的成果。

通过该项研究可以让公众更加深入了解甲烷的空间三维分布特征以及不同区域甲烷的主要来源，藉此来提高公众的节能减排意识，从自身做起为减缓全球的气候变化作贡献。研究者所在的中国气象局国家卫星气象中心是中国卫星遥感探测气候变量的主要科研和业务单位，目前已经计划在下一代的中国风云气象卫星上搭载与美国同类的对流层中高层大气温室气体遥感仪器；另外，还要搭载一台近红外高光谱仪器来获取对流层底层温室气体浓度变化；同时中国气象局已经布置了多个地面温室气体观测站，未来还将形成一个系统的中国温室气体观测网络，来获取更加详细的温室气体变化信息。

负责美国卫星甲烷遥感资料处理的美国海洋大气管理局（NOAA）的专家熊效正博士认为该项研究是全球首次利用卫星遥感资料来研究中国地区对流层中高层的甲烷分布规律，对研究全球气候变化十分重要。该项研究得到了中国国家自然科学基金的支持（40905056）。

EurekAlert!