北極湖泊竟非傳說中的“甲烷排放大罪魁”？！衛(wèi)星透視揭秘

編者按：“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，一篇于2023年12月12日發(fā)表的關(guān)于“湖泊甲烷排放”的新研究，利用高分辨率湖泊地圖揭示了非圖測小湖泊、水生植被和重復計算三個因素對甲烷排放估計的重要影響。新數(shù)據(jù)顯示，那些未曾被繪制的湖泊，并非傳統(tǒng)研究所描繪的“甲烷排放大戶”。相較之下，它們僅占該地區(qū)甲烷排放的約3%，遠低于過去40%的估算。這是一篇很有意思的研究。筆者在參加2022年Ramsar COP14時就曾經(jīng)有學者叮囑筆者留意國際上關(guān)于“濕地甲烷”的動態(tài)。為供全球環(huán)境治理興趣人士參考，小編編譯分享其資訊如下，供國內(nèi)學者參考。

該研究對全球湖泊甲烷排放估計提出了修正建議，強調(diào)未來研究需要更精細劃分湖泊尺度、改進排放模型，并全面考慮湖泊與周邊生態(tài)系統(tǒng)的交互影響，以更準確地估算和理解湖泊甲烷排放的貢獻。

4個關(guān)鍵數(shù)據(jù)

（1）高分辨率湖泊地圖顯示，非圖測小湖泊（小于0.1平方公里）的面積比之前認為的要少（占總面積的12%），但仍對總排放量有顯著貢獻（12%）。
（2）非常小的池塘（小于0.001平方公里）僅占總面積的0.5%和總排放量的2.6%，遠低于之前的估計。
（3）水生植被覆蓋了北極地區(qū)8%的湖泊，對甲烷排放有貢獻，但其影響被與濕地的重復計算抵消。
（4）之前的全球湖泊甲烷排放估計可能過高了。

衛(wèi)星透視北極，揭秘傳統(tǒng)甲烷排放計算誤區(qū)

近期，一項由布朗大學（Brown University）進行的研究深入剖析了北極湖泊和濕地產(chǎn)生的甲烷排放，為這一富含懸念的問題揭開了面紗?？茖W家們利用NASA提供的高分辨率衛(wèi)星和機載影像技術(shù)，成功突破了北極龐大地域和自然地貌的障礙，對此前鮮有涉獵的領(lǐng)域進行了深入挖掘。這一新發(fā)現(xiàn)于最近在《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）期刊上發(fā)布。

在全球溫室氣體中，甲烷是其中一個最為重要的貢獻者。其豐富程度不僅巨大，而且在大氣中的溫室效應約為二氧化碳的25倍。北極地區(qū)作為全球變暖速度最快的地區(qū)，對于追蹤甲烷排放的狀況顯得尤為迫切。

研究的首席科學家Ethan D. Kyzivat表示：“通過這項研究，我們發(fā)現(xiàn)那些未曾被繪制的湖泊并非傳統(tǒng)研究所描繪的甲烷排放大戶。相較之下，它們僅占該地區(qū)甲烷排放的約3%，遠低于過去40%的估算?！?/p>

這一發(fā)現(xiàn)顛覆了過去近15年基于分辨率較低數(shù)據(jù)集所作的研究結(jié)果。在過去的數(shù)據(jù)中，研究人員通過對能夠看到的小湖泊的統(tǒng)計推斷出整個地區(qū)未繪制地圖的小湖泊的數(shù)量以及它們產(chǎn)生的甲烷量的估計。

上圖：研究人員基于人為修正的小湖面積（小于0.5平方千米）在北美苔原北極地區(qū)的推斷（黑色虛線），在總體和推斷面積上與WBD驗證數(shù)據(jù)集（紅線）相似（差異+3.3%）。圖片來源：Ethan Kyzivat等

新的分析顯示，這些未繪制地圖的小湖泊的數(shù)量遠少于先前的估計，因此對它們排放的甲烷總量的估計值大大減少。

這個研究聚焦于那些面積約為1/10平方公里、或更小一些的小湖泊，相當于約20個足球場那類。Kyzivat曾在攻讀碩士學位期間開始整理數(shù)據(jù)，隨后在攻讀博士學位期間進行數(shù)據(jù)分析和論文撰寫，共耗時兩年有余。

這個研究最初旨在尋找北極地區(qū)的隱藏湖泊，但隨著研究人員對數(shù)據(jù)進行更深入的檢查，這個研究的目標也隨之逐漸調(diào)整、演變。這項努力涉及將高分辨率機載數(shù)據(jù)與北極地區(qū)湖泊的全球地圖相結(jié)合，意外地，竟然揭示了一些驚喜的結(jié)果。

與預期不同的是，研究表明許多小湖泊和大湖泊仍然被重復計算為濕地，這一雙重計算使得該地區(qū)的甲烷排放估計增加。然而，考慮到新發(fā)現(xiàn)的未繪制的小湖泊較少，研究人員認為這個問題的規(guī)模比先前認為的小得多。

上圖：累積分布圖顯示了（a）泛北極湖泊和湖泊水生植被面積；以及（c）參考甲烷排放的分數(shù)。插圖（b）突顯了植被曲線的形狀，并使用重新標準化的右側(cè)y軸，以便輕松閱讀小湖泊的覆蓋率。虛線表示HydroLAKES的0.1平方千米分辨率限制，盡管外推（虛線）始于0.5平方千米。圖片來源：Ethan Kyzivat等

上圖：首次泛北極湖泊水生植被的估算，分別以（a）HydroLAKES庫存的百分比和（b）BAWLD格網(wǎng)單元面積的百分比呈現(xiàn)。缺失的數(shù)據(jù)表示在該格網(wǎng)單元內(nèi)不存在HydroLAKES湖泊。圖片來源：Ethan Kyzivat等

另一個意外的發(fā)現(xiàn)涉及研究方法。在甲烷建模領(lǐng)域，有兩種廣泛接受的方法，一種是“自下而上”的估計，根據(jù)地球的地圖來模擬甲烷排放，正如本篇研究的科研人員在這里所做的。另一種方法是“自上而下”的估計，根據(jù)大氣測量來模擬甲烷。布朗大學的Laurence C. Smith教授表示，這兩種方法在過去的十多年里一直存在著令人困擾的矛盾。

新的分析數(shù)據(jù)，有望通過縮小這兩種估算方法之間的差距，來幫助解決這一長期存在的問題。Smith教授表示：“可能已經(jīng)有15~20年的僵局了，但關(guān)鍵是，衛(wèi)星分辨率現(xiàn)在足夠好，可以讓‘自下而上’的研究人員群體更好地了解實際排放了多少甲烷?！?/p>

由于這一點，Kyzivat和Smith認為這項研究的工作是一個概念的證明，并且現(xiàn)在計劃將他們的甲烷建模技術(shù)擴展到世界其他地區(qū)。這一研究為人類提供了對北極湖泊和濕地甲烷排放的全新視角，同時也為解決甲烷建模領(lǐng)域長期存在的兩種估計方法之間的矛盾提供了新的線索。

【思考題】學而時習之

Q1: 新研究揭示北極湖泊甲烷排放真相，提到之前的全球湖泊甲烷排放估計可能過高，那么新數(shù)據(jù)中的具體數(shù)值差異是多少？以及，這一差異是否足以引發(fā)對氣候模型和政策制定的實質(zhì)性重新評估？現(xiàn)有的氣候模型是否需要進行重大修正，以更準確地估算全球甲烷排放的貢獻？特別是，這個新的湖泊甲烷排放研究中指出說“非圖測小湖泊雖面積較小、但‘貢獻’顯著”，那么，在全球氣候模型中，我們是否需要更精細劃分湖泊尺度，以便能更準確地估算甲烷排放？

Q2：過去15年的研究基于低分辨率數(shù)據(jù)集，對小湖泊甲烷排放產(chǎn)生了誤導性的高估。這一發(fā)現(xiàn)是否也提醒了咱們，對其他關(guān)鍵氣候參數(shù)的研究，也有可能受到類似的誤導？是否需要重新審視過去的氣候模型和估算方法？

Q3：據(jù)上面的研究，水生植被的排放效應受到與濕地的重復計算的抵消，那么，是否能夠通過更深入的數(shù)據(jù)分析，了解這一現(xiàn)象的具體機制，以更準確地估算湖泊和濕地系統(tǒng)對甲烷排放的綜合影響？

本文僅代表資訊，不代表平臺觀點。

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來源 | 布朗大學

編譯 | 王芊佳

審核 | Linda

排版 | 綠葉

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【參考資料】

1. 研究全文參見：
A Closer Look at the Effects of Lake Area, Aquatic Vegetation, and Double‐Counted Wetlands on Pan‐Arctic Lake Methane Emissions Estimates, Geophysical Research Letters (2023). DOI: 10.1029/2023GL104825

2. https://phys.org/news/2023-12-methane-arctic-lakes-wetlands.html