甲烷作为仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其排放变化对全球气候系统具有重要影响。高纬度地区由于分布着大量湿地和多年冻土，是全球甲烷循环和气候反馈研究的关键区域，但其甲烷排放在高温干旱等极端气候事件下的响应机制尚缺乏定量约束。近日，中国科学院青藏高原研究所生态系统功能与全球变化研究团队基于自主研发的“贡嘎”——甲烷大气反演系统，结合GOSAT和TROPOMI卫星的融合观测数据，定量揭示了2021年极端干旱事件对欧亚大陆北部高纬度平原夏季甲烷排放的影响。
研究团队聚焦欧亚大陆北部高纬度平原（NHP，50°N–70°N，30°E–90°E），该区域涵盖北欧和西西伯利亚广大湿地。2021年夏季，该地区经历了2000年以来最严重的干旱事件。多种观测和再分析数据显示，该区域等效液态水当量（LWE）显著降低，降水量异常偏少，土壤湿度降至近20年最低水平，标准化降水蒸散发指数（SPEI）显示极端干旱特征。研究采用“贡嘎”—甲烷大气反演系统量化了干旱对甲烷排放的影响。该系统通过同化GOSAT与TROPOMI卫星的柱浓度观测数据，显著提升了甲烷排放估算的时空分辨率和精度。独立验证结果表明，“贡嘎”—甲烷反演系统具有较高的准确性，能够可靠捕捉区域尺度甲烷排放的年际变化。
反演结果显示，相较于2019–2020年基线水平，2021年夏季该区域总甲烷排放量减少了约20%。其中，湿地甲烷排放的下降是总排放减少的主要贡献者。进一步分析表明，LWE的下降是驱动湿地甲烷排放减少的关键因素。为揭示干旱形成的物理机制，研究团队进一步分析了2021年夏季的水汽蒸发和大气环流异常。ERA5再分析资料显示，2021年夏季NHP区域的蒸发显著增强，加速了地表水分的流失。同时，大气环流场上存在一个明显的阻塞高压系统，该高压系统抑制了水汽输送和降水形成，进一步加剧了干旱程度。相关分析表明，阻塞高压指数与各水分因子（等效液态水当量、降水、SPEI、土壤湿度）之间均存在显著相关性，证实了阻塞高压是导致2021年夏季极端干旱的主要驱动因子。
以往通过自下而上的研究利用固定湿地面积认为温度是主导因子，该研究首次基于自主反演系统定量评估了极端干旱事件对高纬度平原甲烷排放的影响，揭示了夏季干旱能够通过降低液态水含量显著抑制湿地甲烷排放。更强调了自上而下反演的重要性。这一发现对于理解气候变化背景下高纬度地区甲烷排放的响应机制、改进全球甲烷收支估算以及制定甲烷减排策略均具有重要科学意义。
以往关于欧亚大陆高纬度湿地甲烷排放的研究较多关注气候变暖通过促进冻土融化和增强微生物活动等过程对排放的影响。该研究表明，高纬度湿地甲烷排放对气候变暖的响应并非仅受温度控制，还受到水分条件和大气环流异常的共同调控。夏季极端高温干旱可通过降低液态水含量和土壤湿度，抑制湿地甲烷排放。该研究表明，融合卫星观测的大气反演系统能够为识别区域极端气候事件对甲烷排放的影响提供重要约束。
研究同时指出，随着全球变暖持续，高纬度地区极端干旱事件的发生频率和强度可能增加，其对甲烷排放的长期影响值得进一步关注。未来，研究团队将利用“贡嘎”——甲烷大气反演系统持续监测全球甲烷排放动态，为全球甲烷收支评估和气候反馈研究提供关键科学数据支撑。
上述研究成果以“Rapid summer methane emission decline in high-latitude plains linked to 2021 drought”在《Communications Earth & Environment》上发表。我所博士后赵敏为论文第一作者，田向军研究员和汪宜龙副研究员为论文通讯作者，该研究得到国家重点研发计划（2024YFF0809103），国家自然科学基金项目（42405109）等联合资助。
全文链接: https://doi.org/10.1038/s43247-026-03433-y
图 2021年北半球高纬平原甲烷排放异常
