中国大气甲烷柱浓度(XCH4)时空变化的多源卫星数据融合研究

本研究针对卫星反演甲烷柱浓度(XCH4)数据不连续的难题，通过评估Song-XCH4、Wang-XCH4和Jin-XCH4三套新型重建产品的精度，首次系统揭示了中国XCH4的时空分异特征，发现东南高西北低的梯度格局和8.0 ppb yr-1的年均增长率，为碳中和目标下的甲烷精准监测提供重要数据支撑。

　　

甲烷(CH₄)作为仅次于二氧化碳(CO₂)的第二大温室气体，其精准监测对应对气候变化至关重要。然而，现有卫星反演的甲烷柱浓度(XCH₄)数据存在两大痛点：不同传感器产品间存在显著差异，且受云层干扰导致空间不连续。中国作为全球甲烷排放热点区域，亟需高精度连续数据集来支撑"双碳"目标的实现。

针对这一科学难题，江苏某高校领衔的研究团队在《Journal of Environmental Management》发表创新成果。研究团队首次系统评估了三种新型重建产品——基于时空统计的Song-XCH₄（3天/1°）、采用自监督融合的Wang-XCH₄（每日0.25°）和应用随机森林的Jin-XCH₄（每日5公里）的精度差异，并揭示了中国XCH₄的时空演变规律。研究整合了TCCON（总碳柱观测网络）和WDCGG（世界温室气体数据中心）的地面验证数据，采用相关系数(R²)和均方根误差(RMSE)等指标进行系统验证。

主要研究结果

1. 产品精度验证
   Wang-XCH₄与TCCON数据吻合最佳(R²=0.83)，整体优于其他产品。但台湾鹿林站(LLN)因地形复杂出现显著偏差，揭示重建算法在特殊地形区的局限性。

2. 空间分布特征
   三套产品一致呈现东南高西北低的梯度格局，其中华北、华中和西南地区差异最大(18.0-33.3 ppb)。Wang-XCH₄全国年均值较另两种产品高约10 ppb，反映不同重建方法对绝对浓度的敏感差异。

3. 时间变化趋势
   2010-2020年全国XCH₄以8.0 ppb yr^-1速率显著增长，但季节模式存在产品间差异：Song-XCH₄显示夏秋季峰值增长(8.0 ppb)，而Wang-XCH₄在秋季最快(8.1 ppb)、夏季最慢(6.9 ppb)，暗示不同算法对季风气候响应的捕捉能力不同。

研究启示
该研究首次多维度比较了不同重建XCH₄产品的性能差异，证实数据融合方法在提升时空连续性方面的优势。特别指出Wang-XCH₄的高精度特性使其更适合作为中国甲烷监测的基准数据集，而高分辨率的Jin-XCH₄则适用于局部精细分析。研究成果不仅为碳中和目标下的甲烷减排政策制定提供科学依据，也为下一代温室气体卫星（如中国的TanSat）的数据处理提供了方法学参考。未来研究需进一步优化算法在复杂地形区的适应性，并加强多源数据协同同化技术的开发。