引言
甲烷是继二氧化碳之后第二重要的人为温室气体，自工业革命以来贡献了约0.5–0.6°C的全球增温（East et al., 2025; Gao et al., 2025; Shan et al., 2025）。由于其相对较短的大气寿命和高单位质量辐射增温效率，减少甲烷排放被认为是获取近期气候效益最具成本效益的方法之一（Abernethy and Jackson, 2024; Gaucher et al., 2025; Jiang et al., 2024）。近期的国际倡议，包括《全球甲烷承诺》，已设定了雄心勃勃的甲烷减排目标，凸显了更准确评估区域甲烷排放及其时间演变的必要性（Cael and Goodwin, 2023; Cheng et al., 2026; Olczak et al., 2023; Stavert et al., 2022）。
过去十年间，全球大气甲烷浓度持续上升，煤矿开采是人为甲烷排放的主要来源之一（Liu et al., 2024; Saunois et al., 2025; Skeie et al., 2023）。作为全球最大的煤炭生产国，中国在全球甲烷收支中发挥着关键作用，其煤矿甲烷排放对实现全球甲烷减排目标具有重要影响（Andreoni, 2022; Han et al., 2024; Li et al., 2025）。山西省是中国最大且最集中的煤炭生产区之一，拥有密集多样的采矿作业，为表征煤矿甲烷排放、评估现有排放清单的可靠性以及探究甲烷排放的控制机制提供了代表性场景（Cui et al., 2025; Li et al., 2025; Shi et al., 2025）。
目前区域甲烷排放主要通过自下而上的清单方法估算，即将活动数据与排放因子相结合来量化排放量（Baasansuren et al., 2019; Crippa et al., 2020; Saunois et al., 2020）。然而，煤矿甲烷排放受多种因素控制，包括矿井生产规模、地质条件、采矿方法以及甲烷抽采与减排技术。因此，使用统一排放因子往往无法捕捉矿井间的固有异质性，导致排放估算存在较大不确定性（Gao et al., 2020; Liu et al., 2021; Scarpelli et al., 2020; Sheng et al., 2019; Zhao et al., 2024）。在以大规模煤炭开采为主的区域，甲烷抽采与利用技术的持续进步以及排放管理实践的改善，使人们质疑传统排放因子方法是否仍能准确表征实际甲烷排放。
卫星遥感技术的进步使得区域甲烷排放能够通过独立于底层排放清单的观测数据加以约束，为排放监测和定量提供了新的机遇（Kim et al., 2024; Mehrdad and Du, 2025）。TROPOMI等卫星可对广阔空间范围内的 atmospheric 甲烷柱浓度进行连续观测，结合大气反演模型可估算区域甲烷排放（Qu et al., 2021; Veefkind et al., 2012）。近年来，基于卫星的反演研究被广泛用于在全球、国家和区域尺度上约束甲烷排放，改进了排放热点的识别和自下而上排放清单的评估（Chen et al., 2022; He et al., 2026; Jacob et al., 2022; Lauvaux et al., 2022; Lin et al., 2024; Vara-Vela et al., 2024; Wang et al., 2026）。对于山西煤矿甲烷排放，以往研究采用了多种方法，包括基于TROPOMI的区域贝叶斯反演、高分辨率卫星羽流检测、自下而上排放因子估算以及塔基观测约束。这些研究在研究时段、空间尺度、先验清单和目标排放量等方面存在显著差异。尽管它们普遍表明传统清单需要进一步完善，但所报告的区域排放量级并不完全一致，提示方法论框架和观测约束的差异可能导致山西甲烷排放估算的差异。这些研究的研究设计和方法论差异总结于表S1中。同时，大多数以往研究主要关注区域排放总量、热点识别或排放因子修正，而煤矿规模与后验排放调整之间是否存在稳定的统计关系，以及这种关系是否受网格尺度观测灵敏度空间变化的影响，仍有待充分评估。
因此，本研究聚焦于中国最大的煤炭生产区域——山西省，应用2020至2024年的TROPOMI观测数据和综合甲烷反演（IMI）框架，开展年度区域甲烷排放反演并刻画其时空变化特征。进一步整合了全球能源监测（GEM）煤矿数据库，将矿井级信息（包括产能、瓦斯相关属性、开采深度和采矿方法）汇聚至IMI网格尺度，评估其与后验排放空间变化的统计关系。与以往主要关注区域排放总量、设施尺度羽流或排放因子修正的研究不同，本研究进一步考察了网格尺度煤矿产能与缩放修正因子（SCF）之间的关系，同时纳入平均核灵敏度（AKS）以考虑各网格单元间观测约束强度的空间差异。研究特别关注产能相关的清单修正模式及其潜在机制。通过该分析框架，本研究旨在为改进甲烷排放核算、优化自下而上排放清单以及支持中国煤炭行业更精准的甲烷减排策略提供观测约束。
