全球卫星调查揭示垃圾填埋场甲烷排放估算的不确定性

《Nature》：Global satellite survey reveals uncertainty in landfill methane emissions

本刊推荐：为应对固体废弃物甲烷排放估算的不确定性，研究人员利用高分辨率GHGSat卫星对全球151个垃圾处理场开展观测研究。结果显示卫星估算与现有自下而上报告(如Climate TRACE)无相关性(r=0.03-0.18)，证实当前排放模型存在显著偏差。该研究首次系统性验证了卫星监测废弃物排放的可行性，为全球甲烷减排提供直接观测依据。

　　

当我们谈论气候变化时，二氧化碳总是占据头条，但另一种温室气体——甲烷（CH₄），虽然在大气中存留时间较短（约9年），其温室效应却是二氧化碳的数十倍。更令人担忧的是，固体废弃物产生的甲烷排放约占全球人为排放的10%，且随着全球废物量的持续增长（预计到2050年将增加70%），这一数字可能继续攀升。然而，当前对垃圾填埋场甲烷排放的估算主要依赖理论模型和现场报告，这些自下而上（bottom-up）的方法存在较大不确定性，迫切需要独立的观测数据来验证。

正是在这一背景下，由荷兰空间研究组织（SRON）领衔的国际研究团队在《自然》杂志发表了突破性研究。他们利用高分辨率卫星技术，对全球六大洲151个垃圾处理场进行了系统性调查，揭示了当前排放估算与实际观测之间的巨大差异。

研究团队创新性地结合了两种卫星观测数据：欧洲空间局的TROPOMI（对流层监测仪）提供大范围监测，可识别城市尺度的甲烷排放热点；而GHGSat星座则能实现设施级的高精度观测，分辨率达25×25米，可检测低至100千克/小时的排放源。这种“提示-指向”（tip-and-cue）策略，先通过TROPOMI识别区域热点，再用GHGSat精确定位具体排放源，为全球甲烷监测提供了新范式。

关键技术方法包括：利用TROPOMI和GHGSat卫星遥感数据，通过集成质量增强（IME）方法量化甲烷排放率；基于Sentinel-2影像的结构变化分析检测垃圾场表面活动；使用自举法（bootstrapping）计算场地级平均排放率及不确定性；将卫星观测与国家报告计划（如美国GHGRP）和Climate TRACE模型数据进行对比分析。

全球设施级卫星调查结果

研究团队分析了2021-2022年期间的1,447次GHGSat观测，覆盖130个城市区域的151个垃圾处理场。结果显示，在这些观测中，共检测到1,085个排放羽流，中位排放率为2.4吨/小时。场地平均排放率中位值为1.2吨/小时，其中排放分布呈现明显的“重尾”特征：40%的高排放场地（60个）贡献了总排放量的80%。

管理与非管理场地的排放对比

研究团队将场地人工分类为108个管理型填埋场和43个非正规倾倒场。虽然两类场地的总排放分布无显著差异，但按面积标准化后，管理型填埋场的单位面积排放率显著低于倾倒场。这表明管理措施如覆盖和封闭填埋单元确实有效，但由于管理型填埋场中仅小部分开放区域活跃排放，这些活跃区域成为主要排放源。

卫星与模型估算的显著差异

最令人惊讶的发现是，卫星观测的排放率与现有自下而上估算方法结果间缺乏相关性。与国家报告数据（r=0.03）和Climate TRACE模型（r=0.18）的对比显示，两者之间存在巨大差异且无显著偏差。特别对美国数据的深入分析发现，基于气体捕获效率的报告方法倾向于低估排放（约2倍），而基于废物衰减模型的方法则倾向于高估（约1.5倍）。

排放源与场地活动的空间关联

高分辨率观测的优势在于能精确定位排放源在场地内的具体位置。通过对比GHGSat确定的羽流起源点与Sentinel-2影像检测的表面活动，研究发现86%的有充足数据的场地显示排放源与开放活跃区域存在显著空间关联。在摩洛哥卡萨布兰卡的一个案例中，羽流源和场地活动都呈现从北向南的迁移模式，与新填埋区域的开发同步。

研究结论强调，卫星观测与自下而上估算在设施尺度上的不可调和性，突显了当前对固体废弃物甲烷排放理解存在重大不确定性。这一发现对全球甲烷减排努力具有深远意义：首先，它证实了高分辨率卫星观测在独立验证排放数据方面的关键价值；其次，研究指明管理型填埋场的开放活跃表面是排放主要来源，为减排措施提供了明确靶点；最后，这种自上而下（top-down）的监测方法为《巴黎协定》温度目标下的甲烷减排提供了可靠的数据支持。随着GHGSat星座和Carbon Mapper等新卫星任务的发展，天基甲烷监测将成为全球气候治理中不可或缺的工具。