近日，我校国教院在读博士生郑钦贤与新加坡南洋理工大学的合作者在《Nature Communications》上发表了升温与甲烷排放之间反馈作用的新研究。
甲烷是第二重要的人为温室气体，而自然界的甲烷排放同时受升温影响增强，两者间形成的反馈作用，导致升温加剧。在政府间气候变化专门委员会（IPCC）2021年的最新报告中，估计地表每升温一度，将使得甲烷净排放增加的热辐射平均增加约0.02 W m-2。然而，郑钦贤的研究指出，这数值可能为四倍高，即0.08 W m-2°C-1。这也解释了为何2020年在新冠肺炎疫情影响下，化石燃料甲烷排放降低，大气甲烷浓度上升的速度却破纪录，甚至到2021年更是连续破纪录。这也意味着我们需要加大减排力度，才能遏制大气中甲烷浓度的上升，以至于使其降低。
该研究着眼于过去四十年地表温度和降水对甲烷浓度上升带来多少影响，尤其是甲烷—气候反馈的强度在年际与年代际气候变化的影响下如何改变。在IPCC报告中，将甲烷—气候的反馈强度分为两部分：一是升温对甲烷排放的影响，例如湿地、稻田、林火的排放等；二是升温对甲烷在大气中寿命的影响。报告估计前者的反馈强度平均约为+0.05 W m-2°C-1，而后者因为升温应造成大气水汽含量上升，或间接使得氢氧根OH浓度也增加，加速甲烷氧化缩短其寿命，所以估计反馈平均强度约为-0.03 W m-2°C-1（但伴随着很高的不确定性）；故整体平均约为+0.02 W m-2°C-1。而新研究发现，在年际变化的影响下，尤其如厄尔尼诺较热年份引发较严重的林火时，林火除了本身为正反馈排放甲烷外，排放的CO也会消耗大气中的OH，间接造成甲烷寿命延长，浓度升高。而隔年拉尼娜发生并伴随较低海温的时候，再次降低水汽含量和OH浓度，使得甲烷浓度进一步上升。因而，较热年份下，升温与正反馈造成浓度上升，而年代际中的降温伴随着负反馈，也同样造成甲烷浓度上升，在热冷交替的影响下，研究估计较热年份增加的排放导致反馈强度平均约为+0.05 W m-2°C-1（与IPCC相同），但较冷年份延长的甲烷寿命造成的反馈强度约为+0.03 W m-2°C-1，故整体约为+0.08 W m-2°C-1。其中较冷年份延长的甲烷寿命的反馈，也可视为先前较热年份升温的滞后反应。
除了年际变化的影响之外，该研究指出年代际的变化也对甲烷-气候反馈有类似的交替影响。而年代际气候震荡(oscillation)对甲烷浓度的影响，或许也将随升温而加剧。
此研究得到南京信息工程大学江志红教授主持的国家重点研发计划(2017YFA0603804)支持。
文章信息：Cheng, C.-H. and Redfern, S. A. T.: Impact of interannual and multidecadal trends on methane-climate feedbacks and sensitivity, Nature Communications, 13, 3592, 10.1038/s41467-022-31345-w, 2022.
