北京大学物理学院大气与海洋科学系沈路路助理教授课题组利用高分辨率卫星(TROPOMI)遥感数据，结合改良后的贝叶斯反演算法，定量了全球50公里分辨率能源行业的甲烷排放。结果显示全球油气和煤矿行业分别排放了62.7 ± 11.5 Tg a-1和32.7 ± 5.2 Tg a-1的甲烷，其中油气行业的全球排放总量比目前基于自下而上方法的估算高了近30%。相关研究成果以“卫星遥感评估全球高精度能源行业甲烷排放”（National quantifications of methane emissions from fuel exploitation using high resolution inversions of satellite observations）为题，于2023年8月16日在线发表在《自然·通讯》(Nature Communications)。
大气环境的未来演变与气候变化密切相关，而气候变暖的主要驱动因素是人为温室气体的排放。甲烷(CH4)是继二氧化碳(CO2)之后最重要的温室气体，根据第六次IPCC报告，自工业革命以来的全球平均增温中有0.6°C来自CH4排放。甲烷排放源众多，整体减排和控制的成本非常高。因此，我们需要在高空间分辨率的甲烷清单基础上，瞄准重要排放源进行精准减排，其中减少能源行业（油气田、煤矿）甲烷排放是控制气候变暖的最经济可行性的措施之一。
该工作以高精度TROPOMI卫星观测为基础，结合大气化学模式GEOS-Chem，通过改良后的高效率贝叶斯反演技术，评估了全球能源行业高空间分辨率(50km)的甲烷排放。该算法基于不同排放源的空间分布和重要性，采用了混合空间分辨率设置，大幅度减少计算量从而实现全球尺度高精度的排放反演(具体算法见Shen et al., 2021, RSE)。其反演得到的排放强度与全球23个油气田场地测量的数据高度一致。该算法被哈佛大学的“集成式甲烷反演平台v1.0”选择为标准代码，发布在亚马逊云计算平台上，是监测温室气体排放的重要工具。
图1. (左)贝叶斯甲烷排放反演算法示意图。（右）本研究中TROPOMI卫星反演的排放强度与场地测量数据高度一致。
结果发现，全球油气和煤矿行业分别排放了62.7 ± 11.5 Tg a-1和32.7 ± 5.2 Tg a-1的甲烷。其中油气行业的全球排放总量比目前基于自下而上方法的估算高了近30%，主要是美国、俄罗斯、委内瑞拉和土库曼斯坦四个国家严重低估了它们的排放。结果还显示，有8个国家的天然气生产过程中的泄漏率超过了5%，其中委内瑞拉、伊拉克和安哥拉的泄漏率超过了20%。如果能把这些国家的天然气生产的泄漏率控制到全球平均水平2.4%，这将减少全球甲烷排放11 Tg a-1，相当于全球油气田总排放的18%。
图2. 基于TROPOMI卫星反演得到的全球主要油气和煤矿开采国家的甲烷排放总量。其中，UNFCCC是目前各个国家提交给联合国的甲烷排放总量。
该研究由国家自然科学基金委资助。该文章中，北京大学沈路路为第一和通讯作者。主要合作者包括哈佛大学的Daniel Jacob，Tia Rscarpelli, Alba Lorente，陈子冲，美国EDF团队的Ritesh Gautam， Mark Omara, Daniel Zavala-Araize，以及北京大学的林金泰和中山大学的卢骁。
论文原文链接
https://www.nature.com/articles/s41467-023-40671-6
相关研究(*为通讯作者)
Shen, L.*, Jacob, D., Gautam, R., Omara, M., Scarpelli, T., Lorente, A., ., Zavala-Araiza, D., Lu, X., Chen, Z., Lin, J. National quantifications of methane emissions from fuel exploitation using high resolution inversions of satellite observations. Nature Communications, 14, 4948, https://doi.org/10.1038/s41467-023-40671-6 , 2023.
Shen, L. *, Zavala-Araiza, D., Gautam*, R., Omara, M., Scarpelli, T., Sheng, J., Sulprizio, M.P., Zhuang, J., Zhang, Y., Qu, Z., Lu, X., Hamburg, S., and Jacob, D. Unravelling a large methane emission discrepancy in Mexico using satellite observations. Remote Sens. Environ., 260, 112461, https://doi.org/10.1016/j.rse.2021.112461, 2021.
Shen, L. *, Gautam, R., Omara, M., Zavala-Araiza, D., Maasakkers, J. D., Scarpelli, T. R., Lorente, A., Lyon, D., Sheng, J., Varon, D. J., Nesser, H., Qu, Z., Lu, X., Sulprizio, M. P., Hamburg, S. P., and Jacob, D. J.: Satellite quantification of oil and natural gas methane emissions in the US and Canada including contributions from individual basins, Atmos. Chem. Phys., 22, 11203–11215, https://doi.org/10.5194/acp-22-11203-2022，2022.
