利用大气观测和全球逆向模型量化北极-北方针叶带的甲烷排放

为什么北方甲烷很重要

甲烷是一种强效的温室气体，环绕北极的冻土地区储存着大量碳，随着全球变暖这些碳可能被释放。科学家担心土壤融化和湿地扩张可能把该区域变成一个重要的甲烷新来源，从而加速气候变化。本研究提出了一个简单但关键的问题：目前有多少甲烷实际上从北极—北方针叶带排放出来？这些排放是否随时间变化？以及是什么控制了这些变化？

从空中用新方法来审视

研究人员没有只在地面测量甲烷，而是使用了来自全球154个监测站的空气观测数据网络，其中包括散布在北极和北方森林的33个站点。这些站点持续采样空气，追踪甲烷浓度的升降。团队将这些观测数据输入一个全球计算系统，该系统可以逆推：考虑到大气的流动和混合，地表哪一种排放模式最能解释每个塔测得的甲烷？通过将观测与来自陆地和排放模型的先验估计相结合，他们把北极—北方针叶带区域甲烷排放的平均不确定性削减了大约三分之二。

北方排放了多少甲烷

分析显示，从2010年到2021年，北极—北方针叶带年均排放约45太克（teragram，Tg）甲烷——约占全球排放的7%。这一数值高于早期仅基于陆地模型和清单的“自下而上”估计，这些估计倾向于低估排放，尤其是在俄罗斯。约一半的甲烷来自湿地，另有来自化石燃料开采和农业等人为活动的贡献，以及湖泊和白蚁等其他自然源、火灾和来自邻近海域的一小部分排放。西俄罗斯因其广泛的湿地和密集的石油天然气活动成为最大的热点，其排放量比阿拉斯加或加拿大北部等子区域高出两到六倍。

季节性涨落

在高北纬地区，甲烷排放遵循明显的年节律。冬季寒冷且黑暗时排放最低，随雪融和土壤变暖快速上升，7月和8月达到峰值，那时湿地温暖、积水且生物活性高。夏季，湿地约占总甲烷排放的70%。人为来源只在少数地区占主导地位，尤其是在研究区的欧洲部分。加入大气观测数据主要改变了季节性峰值的大小，而不是其时机，这表明模型大致把握了季节性模式，但在若干重要区域低估了真实的强度。

趋势与气候联系

在这十二年期间，整体北极—北方针叶带的甲烷排放并未显示出强烈、统计上确凿的整体上升趋势，但出现了一些值得注意的模式。某些年份，尤其是2016年、2019年和2020年，排放量明显高于平均水平，主要因为湿地丰富区域出现更湿或更暖的条件，且2019年东部俄罗斯的强烈火情也起了作用。团队在专门研究湿地时发现，较暖的年份通常与更高的甲烷释放相关，尤其是在晚夏。聚焦于西西伯利亚——一个被泥塘覆盖的巨大低地——显示出当地湿地排放随时间更明确的上升趋势，并指出冬季降雪出乎意料地发挥了重要作用：更深的积雪似乎在融雪后导致土壤更潮湿，从而在随后的暖季产生更高的甲烷排放。

为什么雪与湿润重要

西西伯利亚低地的案例说明了气候细微变化如何放大甲烷释放。丰厚的冬雪可以起到保温作用，使地表土壤不至于深度冻结，然后逐渐融化，使湿地保持更长时间的饱和状态。在这些地势平坦、排水不良的景观中，额外的水分有利于产生甲烷的微生物生存。统计检验表明，积雪深度、生长季的温暖程度和降雨量的组合能解释这些湿地年际间大部分的甲烷波动，而早期的陆地模型在很大程度上遗漏了这种敏感性。

这对未来意味着什么

对普通读者而言，主要结论是北极—北方针叶带的土地已经是一个重要且高度响应性的甲烷来源，但尚未出现“失控”式的剧烈快速增加。湿地，尤其是西俄的湿地，起着核心作用，其排放在更暖更湿的年份会增加。由于该地区增温速度快于全球平均水平，且积雪与降雨模式正在变化，研究表明北方湿地的甲烷排放在未来几十年可能会上升。与此同时，这项工作表明，利用密集的大气监测网络结合全球模型能够大幅锐化我们对甲烷来源和成因的认识——这是预测未来气候反馈并制定限制其影响策略的关键知识。

引用: Basso, L.S., Rödenbeck, C., Brovkin, V. et al. Quantifying Arctic-boreal methane emissions using atmospheric observations and a global inverse model. npj Clim Atmos Sci 9, 80 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01348-1

关键词: 北极甲烷, 永久冻土, 湿地, 气候反馈, 西西伯利亚