降水量减少对亚马逊地区甲烷排放的影响及其在全球甲烷平衡中的作用

《Atmospheric Environment》：The impact of reduced precipitation on methane emissions in the Amazon and its role in the global methane balance

亚马逊地区2010-2023年甲烷浓度垂直剖面研究显示西北部增长率（9.7-10.3 ppb·year-1）显著高于全球平均水平，但整体趋势与全球一致，证实人类活动是区域甲烷排放增长的主因。

　　

Raiane A.L. Neves | Luciana V. Gatti | Camilla L. Cunha | Caio S.C. Correia | Francine M. Silva | Guilherme B.M. Machado | Christiane S. Morais | Filipe Loyola Lopes | Lucas Gatti Domingues | Alber H. Sanches | Egidio Arai | Marcio Malacarne | Juan Carlos Guerra | Luciano Marani

温室气体分析实验室，巴西国家空间研究所（INPE），Astronautas大道1758号，圣若泽多斯坎波斯，圣保罗州，12227010

摘要

在2000年至2007年长期稳定之后，全球甲烷（CH?）浓度逐年增加，这种增长主要与人为来源的排放增加有关。亚马逊是世界上最大的热带森林，由于主要是生物源的排放，因此受到了严重影响。在这项研究中，我们展示了2010年至2023年间获得的垂直剖面数据，这些数据有助于我们了解亚马逊森林在全球甲烷排放增长中的作用，以及降水量减少对区域排放的影响。亚马逊西北部（TAB_TEF_CZS）、东北部（SAN）、西南部（RBA）和东南部（ALF）地区的年增长率在9.7至10.3 ppb·年?1之间。这些数值与全球平均水平（9.7 ppb·年?1）相似，表明亚马逊地区也遵循着甲烷浓度上升的全球趋势。尽管亚马逊大部分地区季节性或永久性地被洪水淹没，但仅洪水区域的排放量不足以解释甲烷浓度的上升趋势。月度和年度通量计算揭示了区域性的排放模式。研究结果进一步强调了人类活动对亚马逊甲烷排放变化的重要性。

引言

令人担忧的是，近年来甲烷（CH?）的排放量和浓度迅速增加（Jackson等人，2020年；世界气象组织，2024年）。在2000年至2007年全球甲烷浓度保持稳定之后，到2014年这一浓度增加了5.3 ppb·年?1，而从2014年到2020年，增长率加快至9.2 ppb·年?1。大气中甲烷浓度急剧上升的原因尚未完全明了。Riddell-Young等人（2025年）利用碳和氢同位素比率的研究表明，2006年至2023年间观测到的140 ppb的甲烷增加是由微生物排放引起的。

2020年、2021年和2022年大气甲烷的增长率（分别为14.8 ppb·年?1、17.7 ppb·年?1和12.9 ppb·年?1）是迄今为止观测到的最高值，其背后的原因尚未完全清楚（Lan等人，2025年）。湿地（尤其是热带地区）的甲烷排放、农业和畜牧业的甲烷排放被认为是导致这一急剧增加的原因（Feng等人，2023年；Nisbet等人，2023年）。然而，甲烷吸收库的变化以及大气中OH自由基的减少也可能解释了这些年份甲烷增长率的升高（Brasseur和Gaubert，2025年；Chen等人，2025年）。

大气中的甲烷是全球第二大温室气体。在20年的时间尺度上，甲烷的全球变暖潜力是二氧化碳的83倍；而在100年的时间尺度上则是29倍（Forster等人，2021年）。除了是对流层臭氧（O?）和平流层水蒸气的前体外，甲烷还是二氧化碳氧化的最终产物（Mar等人，2022年；Marani和Alvalá，2007年）。

2023年，大气中甲烷的平均摩尔分数达到1934 ± 2 ppb，比前一年增加了11 ppb（世界气象组织，2024年）。这一加速趋势主要归因于人为排放的增加，尤其是农业（畜牧业生产、水稻种植、为清理牧场而燃烧生物质等）、化石燃料的生产和使用、废物处理，以及部分自然甲烷通量的变化（Saunois等人，2025年）。

同样在2023年，甲烷浓度达到了工业化前水平的265%，这主要是由于人为来源的排放增加（世界气象组织，2024年）。根据Saunois等人（2024年）的研究，2010至2019年期间总的人为排放量占该时期排放量的60%，这与自上而下（369（350-391）Tg·年?1）和自下而上（358（329-387）Tg·年?1）的估算结果一致。

巴西在温室气体排放量最高的国家和地区中排名靠前，这意味着该国在缓解全球气候变化方面肩负着重要责任（Gabriel Quintana Anderson Matheus Cardoso Priscila Alves（Imaflora）、Felipe Barcellos e Silva、Ingrid Graces Helen Sousa（Iema）、Iris Coluna Joice Oliveira（ICLEI）、Bárbara Zimbres、Julia Shimbo、Camila Silva、Celso Silva-Junior、Wallace Silva、Ane Alencar（Ipam）、Claudio Angelo（OC）、David Tsai（OC/Iema）和Renata Potenza，2024年）。根据Climate Watch（2024年）的数据，基于2022年的数据，巴西是全球第五大温室气体排放国，仅低于中国、美国、印度和俄罗斯。根据温室气体排放估算系统（SEEG）的数据，巴西大部分甲烷人为排放来自农业部门，2023年该部门占甲烷总排放量的约76%。此外，根据巴西政府官方数据，2022年农业部门的人为排放量占总甲烷排放量的75.5%（da Ciência and Inova??es，2025年）。牛的肠道发酵占全国甲烷排放量的90%以上。在亚马逊生物群落中，畜牧业排放约占排放总量的33%，这凸显了畜牧业集约化、森林砍伐与排放增长之间的密切联系（SEEG – Sistema de Estimativas de Emiss?es de Gases de Efeito Estufa，2024年）。此外，废物管理、为更新牧场而进行的燃烧以及自然湿地的退化也是重要的排放源，加剧了该地区对气候变化的脆弱性。

鉴于这一情况，本研究旨在了解亚马逊在全球甲烷排放中的作用。我们将分析2010年以来亚马逊地区的甲烷排放情况，以验证该地区是否遵循全球上升趋势。这项研究基于2010年至2023年间在代表亚马逊大部分区域的四个地点进行的几乎每两周一次的连续垂直剖面测量数据。分析考虑了甲烷浓度的时间、季节和地理变化。我们将展示亚马逊及其四个子区域的年增长率和估算通量，并将亚马逊的甲烷增长率与全球数据及同一纬度范围内的数据进行比较。气候指标和部门排放信息被用来理解影响亚马逊甲烷平衡的区域动态。评估亚马逊地区的甲烷排放模式对于制定公共缓解政策和支持区域及全球气候管理至关重要。

方法论

空气样本在亚马逊的四个地区采集：东南部的ALF（8.80°S, 56.75°W）；东北部的SAN（2.86°S, 54.95°W）；西南部的RBA（9.38°S, 67.62°W）；以及西北部的TAB（5.96°S, 70.06°W）（2012年前使用，2013至2022年由TEF（3.39°S, 65.60°W）取代），以及2022年开始使用的CSZ（7.00°S, 72.50°W）。图1显示了采样点的位置以及根据空气质量轨迹计算出的影响范围。

结果与讨论

将亚马逊四个研究地点的年度平均垂直剖面数据（包括所有高度）与全球平均水平以及ACS和RPB站点的平均值进行直接比较，可以评估所研究地区是否遵循全球甲烷浓度的增长趋势。图2展示了2010年至2023年间全球GAW/WMO数据、ACS和RPB站点的数据以及四个研究区域采集的数据的时间序列。

结论

对亚马逊四个研究地点（SAN、TAB_TEF_CZS、RBA和ALF）的垂直剖面数据与全球平均浓度值（ASC、RPB和WMO）的比较显示，西北部地区（TAB_TEF_CZS）的增长率最高，超过了全球平均水平。其他三个地区（SAN、RBA和ALF）的增长率与全球平均水平相似，表明亚马逊地区的甲烷浓度遵循全球甲烷浓度上升的趋势。

分析...

CRediT作者贡献声明

Raiane A.L. Neves：概念构思、数据管理、形式分析、研究、验证、初稿撰写、审稿与编辑。 Luciana V. Gatti：概念构思、形式分析、资金获取、研究、方法论、项目管理、监督、初稿撰写、审稿与编辑。 Camilla L. Cunha：数据管理。 Caio S.C. Correia：数据管理。 Francine M. Silva：数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本项工作得到了多个长期测量项目的资助：

圣保罗研究基金会 – FAPESP（16/02018-2, 11/51841-0, 08/58120-3, 21/09020-0, 18/14006-4, 18/14423-4, 18/18493-7, 19/21789-8, 11/17914-0）， 英国自然环境研究委员会（NERC）AMAZONICA项目（NE/F005806/1）， NASA资助（11-CMS11-0025, NRMJ1000-17-00431）， 欧盟第七框架计划（7FP）（283080）， MCTI/CNPq（2013）， CNPq（134878/2009-4, 444418/2018-0, 140215/2021-2）， ERC/Horizon 2020（649087）。