基于TROPOMI卫星反演与UNFCCC先验估算的全球甲烷排放国别评估研究

《Nature Communications》：Worldwide inference of national methane emissions by inversion of satellite observations with UNFCCC prior estimates

本研究针对《巴黎协定》和《全球甲烷承诺》要求各国设定减排目标但存在报告不确定性的问题，通过建立全球首个25公里分辨率卫星反演系统，对161个国家2023年甲烷排放进行精准量化。研究发现全球人为甲烷排放较UNFCCC报告高出15%（油气行业达32%），四分之一国家排放被低估超50%。该研究为国际气候行动提供了透明可验证的排放数据支撑，其开源框架（IMI 2.0）可实现年度更新监测，对完善国家温室气体清单报告具有里程碑意义。

　　

甲烷作为仅次于CO₂的第二大温室气体，工业革命以来已造成0.6°C的温升。尽管《全球甲烷承诺》已有159个签署国承诺到2030年将排放量较2020年减少30%，但各国向联合国气候变化框架公约（UNFCCC）提交的排放清单存在巨大不确定性。传统自下而上的计算方法依赖活动水平数据与排放因子的乘积，受各国方法论差异和报告滞后性影响（部分国家数据滞后超十年），严重制约了减排进展的可验证性。

在此背景下，哈佛大学James D. East团队联合GHGSat、麻省理工学院等机构，在《Nature Communications》发表研究，首次构建了基于TROPOMI卫星观测与UNFCCC先验估算的全球高分辨率甲烷反演系统。该研究通过集成对流层监测仪（TROPOMI）5.5×7 km²分辨率数据与GHGSat点源信息，采用开源甲烷反演框架（IMI 2.0）对全球161个国家进行25公里网格尺度的大气逆运算，将UNFCCC国家报告作为先验值，直接输出对各国排放清单的校正结果。

关键技术方法包括：1）使用经GOSAT校正的TROPOMI+GOSAT混合干柱甲烷浓度（XCH₄）数据；2）基于八区域分块反演策略降低计算复杂度；3）利用GHGSat点源观测优化油气/煤炭排放空间分布；4）通过贝叶斯分析反演计算后验排放及其误差范围。

全球与国别排放评估

研究发现2023年全球人为甲烷排放达375（299-392） Tg a^-1，较UNFCCC汇总值高出15%。其中油气（+32%）、畜牧业（+17%）、废弃物（+16%）和水稻（+26%）部门被系统性低估，而煤炭排放（-24%）被高估。水电水库（未纳入UNFCCC报告）贡献全球6%的人为排放。

国别分析显示，25%的国家排放被低估超50%。美国（+8.0 Tg a^-1）、委内瑞拉（+6.4 Tg a^-1）、印度（+6.0 Tg a^-1）和土库曼斯坦（+5.4 Tg a^-1）为增量前四，俄罗斯（-4.8 Tg a^-1）和刚果民主共和国（-65%）则显著下调。中国（59 Tg a^-1）、美国（36 Tg a^-1）、印度（28 Tg a^-1）和巴西（22 Tg a^-1）贡献全球39%的人为排放。

分部门排放强度特征

畜牧业：撒哈拉以南非洲地区蛋白质生产的甲烷强度达8.0 kg CH₄/kg蛋白质，远超北美（1.1 kg）和东亚（0.8 kg），反映其畜牧系统生产效率低下。

油气行业：40个主要产气国的甲烷强度（排放量/天然气产量）差异超两个数量级。仅挪威、卡塔尔等5国达到油气气候倡议（OGCI）0.2%的强度目标，而委内瑞拉（25%）、乌克兰（15%）等国排放效率极低。

水稻种植：孟加拉国排放较UNFCCC报告高出7倍，主因其国家清单低估且湿地与水稻排放空间重叠导致反演分配困难。中国水稻排放强度（2.41 kg CH₄ha^-1d^-1）为印度（0.95 kg）的2.5倍，与耕作方式和生长期差异相关。

观测信息含量验证

通过平均核灵敏度分析显示，89%的后验排放估算主要受卫星观测驱动（灵敏度>0.5）。但俄罗斯高纬度地区因TROPOMI观测稀疏、印尼因云覆盖严重等问题，部分 sector 反演结果仍较大程度依赖先验值。

研究结论强调，该反演框架为各国完善清单报告提供了动态校准工具，但需结合更高分辨率卫星（如EMIT、PRISMA）和湿地排放季节性数据以提升 sector 解析能力。开源化的IMI 2.0平台使年度排放更新成为可能，为《巴黎协定》全球盘点和国家自主贡献（NDCs）的追踪提供了关键技术支持。