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2026-09-07

导读：NEWS 甲烷（CH4）是仅次于二氧化碳的全球第二大温室气体，其大气浓度变化同时受到排放源和大气汇的共同调控。

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甲烷（CH₄）是仅次于二氧化碳的全球第二大温室气体，其大气浓度变化同时受到排放源和大气汇的共同调控。21世纪初，随着全球经济快速扩张，能源消费、农业生产和废弃物处理等活动持续增长，人为甲烷排放随之增加；然而，1999—2006年间大气甲烷浓度却反常地停滞不前，形成了一个令人困惑的“大气甲烷平台期”。过去二十年间，这一反常现象的机制始终未能阐明，成为地球科学领域悬而未决的难题。

北京大学城市与环境学院彭书时研究团队联合北京大学物理学院大气与海洋科学系沈路路研究团队及国内外合作者，首次阐明了甲烷平台期的维持机制。研究发现，该平台期主要由人为氮氧化物（NO_x）排放的增长及其向低纬地区转移所驱动，这一过程显著提升了大气甲烷主要氧化剂OH自由基的浓度，从而增强了大气甲烷汇。研究团队综合运用了GEOS-Chem全球大气化学模拟、甲烷浓度与碳同位素观测以及甲烷收支箱式模型，系统解析了1999—2006年全球甲烷源汇的变化格局。

针对上述机制，研究团队进一步量化了NO_x排放变化的驱动作用。结果表明，该时期全球人为NO_x排放增速达到20世纪90年代的5.8倍，主要受到全球经济增长和国际航运扩张的推动；与此同时，NO_x排放重心逐渐由北半球中高纬地区向低纬地区和海洋转移。大气化学模拟显示，相较于1999年，2000—2006年全球对流层OH浓度平均上升1.4±0.4%，使全球甲烷化学汇平均增强了2.2±0.7%；其中，全球甲烷化学汇增量的76%出现在热带地区。这主要是由于热带和海洋地区光照强、水汽充足、背景NO_x浓度较低，使得这些区域的OH生成效率更为高效。因此，NO_x排放总量的增长及其向低纬与海洋地区转移，共同增强了全球大气氧化能力和甲烷清除能力。

图1. 1999—2006年全球对流层OH自由基（大气甲烷主要氧化剂）浓度变化，及陆地、航运和航空排放的贡献

研究团队进一步利用大气甲烷浓度及其碳同位素观测，发现1999—2006年人为甲烷排放总体增长主要来自化石燃料和废弃物处理等部门；然而，同时期OH浓度增长带来的甲烷汇增强，完全可以抵消人为排放增长的影响，从而维持了观测到的甲烷平台期。相较于以往研究，本工作首次从物理化学机制层面，阐明了该时期全球大气氧化能力增强的驱动过程，为这一悬而未决的学术难题提供了有力解释。

图2. 1999—2006年大气甲烷平台期的源汇归

该研究揭示了人为污染物排放的总量及其空间分布变化，通过调控大气氧化能力进而影响甲烷化学汇的完整机制，为1999—2006年大气甲烷平台期的维持提供了定量归因。这一发现表明，未来在制定空气污染治理和温室气体减排政策时，必须充分考虑大气氧化能力的动态响应，从而为实现《巴黎协定》和“全球甲烷承诺”目标提供更准确的科学依据。

该研究成果以《氮氧化物排放增长及南移维持了大气甲烷平台期》（“Atmospheric CH4 plateau sustained by NO_x emission rise and southward shift”）为题，于2026年9月2日发表于《自然》（Nature）。北京大学城市与环境学院2023级博士生朱彧为论文第一作者，北京大学城市与环境学院彭书时教授和北京大学物理学院大气与海洋科学系沈路路研究员为共同通讯作者。北京大学城市与环境学院博士生刘刚、蔡雨辛以及美国科罗拉多大学博尔德分校Kelvin H. Bates参与了研究。该研究得到国家自然科学基金（42325102、42275194）、云南省西南联合研究生院科技项目（202302AP370001）以及教育部基础学科和交叉学科突破计划（JYB2025XDXM909）的资助。

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