科学家担忧全球甲烷排放量“创历史新高”

Biogas, methane collected from dairy farms, is piped into a cleaning facility at the Calgren facility in Pixley, California, U.S., October 2, 2019. Picture taken October 2, 2019. REUTERS/Mike Blake - RC13FDC2E3A0
Global emissions have hit almost 600m tonnes.Image: REUTERS/Mike Blake
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  • 据国际科学家称,甲烷排放量已达到历史最高水平。

  • 全球排放量已接近6亿吨。

据一个国际科学家团队称,全球甲烷排放量已达到“历史最高水平”。

这一发现来自最新更新的全球甲烷收支,这是一项国际合作,旨在估算全球甲烷的排放源和汇。

他们对2017年(最近一个已完成完整收支核算的年份)的估算显示,全球年排放量已接近6亿吨,比2000至2006年的平均水平高出约9%。

研究人员表示,到2019年底,大气中甲烷浓度达到约1875十亿分之一(ppb),是工业化前水平的两倍半以上。

按不同排放源细分,收支数据显示,“农业和废弃物部门以及化石燃料部门的排放上升,很可能是这一全球增长的主要原因”。研究人员表示,这凸显了“两个领域都需要加强减排”。

该研究还显示,“迄今没有证据表明北极地区的甲烷释放量在增加”。另一位科学家告诉《碳简报》,这一“关键”发现意味着“我们尚未受到大量反馈效应的干扰”,而这些反馈效应可能使实现1.5摄氏度和2摄氏度升温限制的难度进一步加大。

甲烷收支

甲烷是一种强效温室气体,是仅次于二氧化碳的人为全球变暖第二大成因。按单位质量计算,甲烷在20年时间尺度上的增温效应为84至86倍,强于二氧化碳(PDF)。在100年时间尺度上,其效力为二氧化碳的28至34倍。

全球甲烷收支可用于追踪甲烷排放的来源、通过“汇”吸收的量,以及因此残留在大气中的量。

甲烷收支是全球碳计划(GCP)的一项举措,该计划是一个国际研究项目,旨在“全面描绘全球碳循环的完整图景”。全球碳计划成立于2001年,并提供关于全球碳排放的年度更新。

对于甲烷,“情况要稍微复杂一些”,马里埃勒·绍诺瓦博士,是助理教授,任职于法国凡尔赛圣康坦大学,她领导全球甲烷收支研究。绍诺瓦在美国地球物理学会的2019年12月秋季会议期间接受了《碳简报》采访,并通过电子邮件提供了进一步评论。

这种复杂性部分是因为科学界仍在摸索甲烷收支的研究方法,绍诺瓦说,同时也是因为它需要耗时的长期模型运行。(详见下一节。)这使得要求相关科学家每年都开展此项工作变得“困难且艰巨”。

因此,甲烷收支每两至三年更新一次。这是继2013年10月发布首份收支报告、2016年12月发布第二版之后的第三版。

研究人员已将完整技术论文发表于《Earth System Science Data》,并附有一篇“观点”论文,发表于《Environmental Research Letters》。

双重方法

全球甲烷收支采用两种不同方法来估算排放源和汇。

第一种是“自下而上”法,侧重于源头的甲烷排放。该方法采用各国在国家温室气体清单中向联合国提交的排放数据。这些清单涵盖人为排放源,例如化石燃料开采、畜牧业、水稻种植和垃圾填埋场。

这些估算结果会与对其他甲烷排放源的模型模拟结果相加,这些排放源包括湿地、野火和白蚁。例如,全球过火面积的卫星数据会与“考虑燃烧植被类型、燃烧面积和火灾持续时间以及火灾类型(阴燃或明火)”的模型相结合,绍诺瓦解释道。

Image: 图片来源:Nature Picture Library / Alamy Stock Photo

第二种方法称为“自上而下”法。该方法从全球尺度的甲烷浓度观测出发,并利用模型模拟逆向推算其来源。

两种方法都不完美,绍诺瓦表示,二者“并不完全吻合”。但双重方法也有其优势。虽然自上而下法“对甲烷排放总量的估算更为可靠”,绍诺瓦说,但自下而上的估算在识别特定地区和行业的排放方面更具优势。

例如,湿地和淡水排放特别难以估算,因此自上而下与自下而上的数据之间“存在相当大的差异”,绍诺瓦说。她补充道,这尤其是因为这些排放源相互重叠,因此可能被归入一个以上的类别。

下图是该项目的一部分,展示了采用自上而下方法得出的2017年全球甲烷收支全貌。彩色箭头表示人为(橙色)、自然(绿色)或两者兼有(斜线纹)的排放源和汇。

2017年全球甲烷收支(单位:百万吨甲烷/年),基于自上而下方法,对自然排放源和汇(绿色)、人为排放源(橙色),以及自然与人为混合排放源(橙绿斜线纹,表示“生物质和生物燃料燃烧”)进行估算。Image: Jackson et al. (2020)

总体而言,自上而下的估算显示,2017年全球甲烷排放量为5.96亿吨。这比2000至2006年的平均水平高出5000万吨,即9%。

论文称,人为排放与自然排放的比例大致为60比40,但“据估计,人为排放源几乎贡献了2017年排放到大气中的全部额外甲烷”。论文补充道:

农业和废弃物贡献了这一增长的60%,化石燃料贡献了其余的40%,生物质和生物燃料燃烧的排放估计略有下降。

论文还指出,甲烷汇也有所增加,从2000至2006年的约5460亿吨增至2017年的5710亿吨。甲烷在大气中平均停留九年,通常通过生成二氧化碳和水的化学反应被破坏。相对较小的一部分也会被土壤中的细菌消耗。

行业与地区

研究人员表示,非洲和中东、中国以及南亚和大洋洲这三个地区的甲烷排放增幅最大。在2000至2006年平均值与2017年之间,每个地区的排放量均增加了1000万至1500万吨。

收支数据显示,增幅次之的是北美,增加了500万至670万吨,主要由美国增加的440万至510万吨所驱动。

相比之下,欧洲排放量略有下降,减少约160万至430万吨,主要是由于农业排放减少。

这与其他地区的趋势相反,在非洲以及南亚和大洋洲,农业排放增加是总排放量上升的主要原因。

就化石燃料而言,中国的甲烷排放增幅最大,为50亿至120亿吨;北美、非洲以及南亚和大洋洲的排放则增加了400万至600万吨。美国化石燃料相关甲烷排放增加了340万至400万吨。

(近期研究表明,化石燃料产生的甲烷排放一直被“严重低估”。)

下图展示了2017年按地区、排放源和类别划分的甲烷排放总量。橙色阴影越深,表示该地区的排放量越大,叠加的饼图则显示了按类别划分的排放构成。地图右侧的额外饼图显示了按纬度划分的排放情况。

2017年甲烷排放量(单位:百万吨甲烷/年),按地区、排放源类别和纬度划分。所示平均值基于Saunois等人(2020)所述的自上而下反演模型集合。Image: Jackson et al. (2020)

总体而言,热带地区和南半球约占全球甲烷排放量的64%,北半球中纬度地区占32%,高纬度地区仅占4%。

绍诺瓦解释道,该地图凸显了排放源的区域差异:

通常情况下,大部分湿地排放位于热带和高纬度地区,而由于化石燃料生产,中国、北美、欧洲和中东的人为排放较多。

反馈效应

由于2017年记录的甲烷排放增幅主要来自热带和温带地区,研究人员发现“迄今没有证据表明北极地区的甲烷释放量在增加”。

这一发现“至关重要”,或许也“令人惊讶”,克里斯·琼斯博士,是地球系统与减缓科学方面的研究员,任职于英国气象局哈德利中心。琼斯并未参与该收支研究,他告诉《碳简报》:

这令人欣慰,因为它表明,一些被假定的地球系统反馈(涉及高纬度湿地、永久冻土或水合物)尚未导致甲烷出现可探测的增加。

永久冻土,即常年冻结的岩石和土壤,广泛分布于北半球高纬度的大片地区。这片土地储存着数十亿吨碳,随着该地区变暖和土壤解冻,这些碳可能以二氧化碳和/或甲烷的形式释放出来。这是一种“正反馈”的例子:随着全球气温上升,更多温室气体被释放,从而加剧变暖。

琼斯及其同事的研究表明,随着气候变暖,湿地和融化的永久冻土排放的二氧化碳和甲烷增加,可能使碳预算在《巴黎协定》温度限制下缩短约五年。

永久冻土大范围融化也被认为是地球系统对变暖做出反应时的一个潜在“临界点”。(《碳简报》近期就该主题刊发了一篇客座文章。)

虽然“世界必须重新努力实现《巴黎协定》的气候目标,这一点仍然至关重要”,但这些最新发现表明,“我们尚未受到大量反馈效应的干扰,这些效应本会使任务更加艰巨”,琼斯说。

此外,这一“极为重要”的甲烷收支更新,是气候建模人员的“极佳数据来源”,可用于地球系统模型中模拟气候变化与甲烷循环之间的反馈作用,琼斯补充道。

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