大氣甲烷（CH4）作為重要的溫室氣體，在100年內(nèi)的全球增溫潛勢(shì)是CO2的28倍。在關(guān)鍵區(qū)域缺失CH4觀測(cè)給反演全球和區(qū)域CH4排放帶來(lái)較大的不確定性，限制了對(duì)全球CH4變化的理解。秦嶺是我國(guó)南北地區(qū)重要的地理分界線，也是“中國(guó)最綠區(qū)域”，在這個(gè)重要固碳增匯區(qū)進(jìn)行大氣CH4綜合立體觀測(cè)并探究其來(lái)源，有助于了解區(qū)域CH4動(dòng)態(tài)變化，評(píng)估區(qū)域碳排放。中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所核環(huán)境安全與碳排放監(jiān)測(cè)團(tuán)隊(duì)在秦嶺北麓的陜西關(guān)中平原區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化與綜合治理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站開展為期兩年的塔基大氣CH4高精度連續(xù)觀測(cè)，并利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)在冬夏季進(jìn)行大氣CH4垂直觀測(cè)（< 2000 m）（圖1），以此揭示秦嶺北麓大氣CH4的時(shí)空變化特征、受氣象因素以及傳輸?shù)挠绊?。具體結(jié)果如下：
塔基（20 m）Picarro在線連續(xù)觀測(cè)表明，（1）觀測(cè)期間（2021年3月-2023年2月）大氣CH4年均濃度為2119.6 ± 108.8 ppb，年增加0.65%（i.e., 13.6 ppb）（圖2a）。CH4濃度在冬季最高，夏季較低且日振幅最大（圖2b）。日均大氣CH4濃度受人為活動(dòng)的顯著影響，取暖期CH4濃度（2169.4 ± 120.0 ppb）顯著高于非取暖期（2094.4 ± 93.1 ppb）。取暖期超過(guò)背景水平的CH4（ΔCH4）和CO2（ΔCO2）（r=0.96, p < 0.05）、ΔCH4和ΔCO（r=0.96, p < 0.05）均呈顯著正相關(guān)，表明取暖期間CH4在化石燃料和生物質(zhì)的不完全燃燒過(guò)程中隨CO2和CO共同排放，其濃度受燃燒源影響。（2）近地面風(fēng)顯著影響大氣CH4的累積、傳輸和擴(kuò)散。秦嶺北麓各季節(jié)CH4濃度增加來(lái)自靜穩(wěn)天氣下（< 2 m s-1）的本地源累積（圖3）。后向軌跡分析表明秦嶺北麓大氣CH4主要來(lái)自西安市本地排放和秦嶺南部通過(guò)山谷的短距離輸送。（3）垂直觀測(cè)結(jié)果表明，夏季觀測(cè)期CH4濃度隨海拔在200 ~ 500 m上升，在500 ~ 1000 m下降（圖4 a-e）。冬季取暖期CH4濃度從近地面（20 m）增加至200 m達(dá)到峰值，在200 ~ 2000 m降低，其中500 ~ 1000 m下降速度最快（圖4 j-n）。冬季觀測(cè)期間發(fā)生了一次霧霾事件（圖5），霧霾初期（AQI < 150）不同高度CH4濃度隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)；霧霾發(fā)展期（AQI > 150）所有高度（尤其低于500 m）CH4水平顯著增加，受來(lái)自西北、東南方向污染地區(qū)水平傳輸?shù)挠绊懀鯏U(kuò)散條件和盆地地形導(dǎo)致觀測(cè)點(diǎn)較高的CH4水平維持了近兩天時(shí)間；此后霧霾消散，空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)（AQI < 150），所有高度CH4濃度開始下降。垂直觀測(cè)進(jìn)一步證實(shí)了傳輸對(duì)秦嶺北麓CH4濃度的重要影響。
研究成果發(fā)表于大氣領(lǐng)域國(guó)際知名刊物《Atmospheric Environment》，博士研究生劉婉玉和西安地球環(huán)境創(chuàng)新研究院職工馮雪為共同第一作者，通訊作者為牛振川研究員。研究受國(guó)家自然科學(xué)基金（42173082、42330114）、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)（XDA23010302）和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2024JC-JCQN-34）的共同資助。
Liu, W#., Feng, X#., Niu, Z*., Zhou, W., Chen, H., Liang, D., Lyu, M., Wang, G., Liu, L., 2024. Temporal characteristics and vertical profiles of atmospheric CH4 at the northern foot of the Qinling Mountains in China. Atmospheric Environment, 120786, https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2024.120786.
圖1. 秦嶺北麓大氣CH4的綜合立體觀測(cè)研究
圖 2. 秦嶺北麓近地面觀測(cè)期間（a）大氣CH4日均濃度變化和（b）各季節(jié)大氣CH4小時(shí)濃度變化
圖3. 觀測(cè)點(diǎn)大氣CH4濃度隨風(fēng)速的變化
圖4.?秦嶺北麓觀測(cè)期間大氣CH4的垂直變化
圖5.?取暖期霧霾事件中不同高度CH4濃度的變化
