全球视野 媒体聚焦
接受央视报道共计15次 党媒、央媒、地方官媒总传播量达0.5亿人次
二叠纪盆地甲烷柱浓度时空变化特征分析
研究背景
有效识别和量化油气区域的甲烷排放特征，是制定精准减排措施的前提。传统甲烷排放监测主要依赖自下而上的清单统计方法，存在更新滞后、空间分辨率有限和数据准确性不足等问题。卫星遥感技术的发展为大气甲烷监测提供了自上而下的新视角。搭载于Sentinel-5P卫星的TROPOMI传感器提供了每日全球覆盖的大气甲烷柱浓度（XCH4）观测数据，空间分辨率达7km×3.5km，兼具高时空覆盖和相对较高的空间分辨率优势。
本研究利用Sentinel-5P/TROPOMI卫星观测数据，分析二叠纪盆地XCH4的时空变化特征，探讨油田开发活动对区域甲烷浓度分布的影响及其演变规律，以期为油气开采区的甲烷排放监测与管控提供科学支撑。
研究区域
二叠纪盆地位于美国得克萨斯州西部与新墨西哥州东南部，是全球规模最大、开发最活跃的油气区之一，面积约19–22万平方公里。盆地内多套油气层垂直叠置，贡献了美国约44%的原油产量和19%的天然气产量，拥有超过13万个活跃井场。密集开采导致大量甲烷排放（主要源于设备泄漏、伴生气放空和燃烧不完全），排放强度约1.8%–2.9%，且存在大量高排放速率点源，是研究油气区甲烷时空变化的典型区域。
图1. 二叠纪盆地区域（来源Google Satellite）
研究方法
1. 稳定性分析
变异系数( coefficient of variation，CV )是一种反映观测值变异性的统计量，计算方法为标准差与平均值的比值。其公式如下：
公式中，CV为变异系数，σ为标准差，μ为平均值。CV值较大则表明XCH4随时间的波动性较大，CV值较小则表明XCH4随时间的波动性较小，较为稳定。
2. Hurst指数
基于标准极差（R/S）分析方法的Hurst指数是定量描述时间序列信息长期依赖性的有效方法，它最早是由英国水文学家Hurst提出。其计算公式如下：
公式中，R为极差，S为标准差，c为常数，将观测值分为n个子序列，m为任意正整数，取值范围为（0，n）。Hurst指数（H）的取值范围为（0，1），是评估长时序数据持久性的重要指标。其中0<H<0.5，表明XCH4未来变化趋势与过去相反，呈现为反持续性；0.5<H<1 表明未来XCH4变化趋势与过去相同，具有持续性，H=0.5表明XCH4时间序列的未来趋势与过去趋势之间无相关性。
研究结果
1. 逐年XCH4浓度均值变化特征
2020-2025年二叠纪盆地年均甲烷柱浓度变化图（图2），2020-2025年二叠纪盆地逐年均值XCH4浓度空间分布（图3）。结果显示，2020-2025年期间二叠纪盆地的甲烷柱浓度呈现逐步上升的趋势，从2020年的1876.34ppb上升至2025年的1915.88ppb，累计增加39.54ppb，年均增长约7.9ppb。总体而言，甲烷浓度仍显著高于五年前水平，表明区域甲烷排放压力依然较大。
图2. 2020-2025年二叠纪盆地年均甲烷柱浓度变化图
图3.2020-2025年二叠纪盆地逐年均值XCH4浓度空间分布
2. 逐季节XCH4浓度均值变化特征
2020-2025年二叠纪盆地逐季度平均甲烷柱浓度变化（图4），2020-2025年二叠纪盆地逐季度均值XCH4浓度空间分布（图5）。结果显示，2020-2025年期间二叠纪盆地甲烷柱浓度的整体年际趋势呈现逐步抬升，各季度浓度均呈现长期上升态势，例如Q1从2020年1858.17ppb升至2025年1909.27ppb、Q4从1886.69ppb升至1927.46ppb；其次，XCH4浓度呈现明显的季节波动规律：Q3、Q4往往偏高，Q1、Q2相对偏低，且每年第四季度浓度最高。
图4. 2020-2025年二叠纪盆地逐季度平均甲烷柱浓度变化
二、XCH4变化趋势分析
2020-2025年二叠纪盆地XCH4变异系数CV（图6），2020-2025年二叠纪盆地XCH4的Hurst指数分布（图7）。结果显示，二叠纪盆地的逐像元变异系数CV主要分布在0.005-0.022之间，表明XCH4浓度时间序列处于低波动，整体比较稳定；逐像元Hurst指数主要分布在0.0017-0.9984之间，均值为0.59，Hurst指数大于0.5的区域占总面积的71.7%，表明未来XCH4浓度变化趋势为强正向持续性，即大部分地区XCH4变化趋势与过去相同。
图6.2020-2025年二叠纪盆地XCH4变异系数（CV）
图7. 2020-2025年二叠纪盆地XCH4的Hurst指数分布
行业应用价值
基于Sentinel‑5P的XCH4区域监测与时空趋势分析能力，聚焦宏观管控、趋势预判、清单校准、合规管理等场景，应用价值如下：
油气企业减排增效：基于区域甲烷时空变化规律，指导开采强度调控、伴生气高效回收与燃烧效率优化，助力环保合规与长效减排管理。
政府监管与碳管理：校准区域甲烷排放清单，提升温室气体核算精度，支撑环境总量控制、气候政策制定与常态化大气监管。
行业技术标准化：形成卫星遥感监测油气区甲烷的标准化流程，可推广至全球油气盆地，推动天地一体化业务化监测应用。
绿色金融与风险防控：为ESG评价、绿色信贷与低碳投资提供客观数据，依据浓度趋势提前防控环境风险。
全球气候治理：为国家碳中和目标、国际气候履约与全球甲烷减排合作，提供长时序、大尺度的科学数据支撑。