大气甲烷探测方式综述

自第一次工业革命以来的人类活动，导致大气中的甲烷浓度增加一倍多。若以质量计算，甲烷排放占温室气体排放总量的3%，但其辐射强迫（或称气候强迫）占总辐射量的23%。GHGSat所发布的2023年甲烷排放报告中显示，到 2023 年底，全球甲烷气体排放总量达到约378MTCO2e，是2022年排放量的2倍。目前，甲烷已成为仅次于二氧化碳的第二大温室气体，在世界各主要经济体国家中均受到高度重视。

大气甲烷的系统性探测始于19 世纪 80 年代世界气象组织（WMO，World Meteorologi⁃cal Organization）的全球大气观测（GAW，Global Atmosphere Watch）。按照探测器搭载平台可将大气甲烷的探测方式分为地基、空基和星基。

△TCCON全球站点分布图

地基探测

地基探测起步最早，目前国际上主要全球性甲烷地面观测网络包括总碳柱观测网络（TCCON）和大气成分变化探测网络（NDACC）。

地基探测灵敏度高，可以提供高精度的大气甲烷探测数据，但地面站点在全球的分布数量有限，且空间分布不均，观测站点在南美、非洲、大洋洲和亚洲区域的覆盖率低。

△机基大气甲烷探测

空基探测

空基探测领域，目前已发展出机载激光红外吸收光谱仪（ALIAS）、机载大气痕量气体色谱仪（ALIAS-Ⅱ）、气体监测激光雷达 (GML)、美国宇航局的下一代机载可见光/红外成像光谱仪（AVIRIS-NG）、GHGSat 公司的机载光谱仪（GHGSat-AV）、MethaneSAT机载模拟器（MethaneAIR）等一系列机载探测器。

空基探测可以实现实时、实地的探测，在短时间内实现一定范围飞行探测，对疑似大气甲烷泄露问题做出快速响应。空基探测始终能量化10 kg/h以上的甲烷排放，部分光谱仪甚至可以量化5 kg/h以下的排放量。

 △星基大气甲烷探测能力

星基探测

自1990 年以来，卫星遥感针对大气成分监测的应用越来越广泛。美国、欧盟国家、日本、加拿大和中国陆续发射了多颗具有大气甲烷探测能力的卫星，逐渐形成了覆盖全球、区域、点源的多空间甲烷探测尺度。随着星基探测传感器的性能越来越好，探测精度逐步提升。

星基探测弥补了地基探测和空基探测空间覆盖率低的问题，地基探测和空基探测为星基探测精度提供验证数据；地基、空基和星基探测三种探测方式互为补充，为大气甲烷探测提供数据基础，通过“自上而下 ”的方法对“ 自下而上 ”的排放清单提供验证与支撑。