大氣甲烷（CH4）作為重要的溫室氣體，在100年內的全球增溫潛勢是CO2的28倍。在關鍵區域缺失CH4觀測給反演全球和區域CH4排放帶來較大的不確定性，限制了對全球CH4變化的理解。秦嶺是我國南北地區重要的地理分界線，也是“中國最綠區域”，在這個重要固碳增匯區進行大氣CH4綜合立體觀測并探究其來源，有助于了解區域CH4動態變化，評估區域碳排放。

中國科學院地球環境研究所核環境安全與碳排放監測團隊在秦嶺北麓的陜西關中平原區域生態環境變化與綜合治理國家野外科學觀測研究站開展為期兩年的塔基大氣CH4高精度連續觀測，并利用無人機平臺在冬夏季進行大氣CH4垂直觀測（< 2000 m）（圖1），以此揭示秦嶺北麓大氣CH4的時空變化特征、受氣象因素以及傳輸的影響。具體結果如下：

塔基（20 m）Picarro在線連續觀測表明，（1）觀測期間（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，表明取暖期間CH4在化石燃料和生物質的不完全燃燒過程中隨CO2和CO共同排放，其濃度受燃燒源影響。（2）近地面風顯著影響大氣CH4的累積、傳輸和擴散。秦嶺北麓各季節CH4濃度增加來自靜穩天氣下（< 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主要來自西安市本地排放和秦嶺南部通過山谷的短距離輸送。（3）垂直觀測結果表明，夏季觀測期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）。冬季觀測期間發生了一次霧霾事件（圖5），霧霾初期（AQI < 150）不同高度CH4濃度隨時間呈上升趨勢；霧霾發展期（AQI > 150）所有高度（尤其低于500 m）CH4水平顯著增加，受來自西北、東南方向污染地區水平傳輸的影響，弱擴散條件和盆地地形導致觀測點較高的CH4水平維持了近兩天時間；此后霧霾消散，空氣質量好轉（AQI < 150），所有高度CH4濃度開始下降。垂直觀測進一步證實了傳輸對秦嶺北麓CH4濃度的重要影響。

研究成果發表于大氣領域國際知名刊物Atmospheric Environment，博士研究生劉婉玉和西安地球環境創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。研究受國家自然科學基金（42173082、42330114）、中國科學院先導專項（XDA23010302）和陜西省自然科學基礎研究計劃（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 CH 4 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的綜合立體觀測研究

圖 2. 秦嶺北麓近地面觀測期間（a）大氣CH4日均濃度變化和（b）各季節大氣CH4小時濃度變化

圖3. 觀測點大氣CH4濃度隨風速的變化

圖4.?秦嶺北麓觀測期間大氣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