甲烷作为全球第二大温室气体，具有增温潜势高、寿命短的特点，这使得其减排成为应对气候变化的核心议题之一。在全球变化的背景下，深入理解全球甲烷源汇的变化及其机制对减少甲烷排放和控制大气甲烷浓度至关重要。

北京大学城市与环境学院、碳中和研究院彭书时研究组与国内外多个研究机构合作，分析了大气甲烷浓度的站点观测和飞机航测数据。研究发现，自1980年代以来，北半球高纬地区大气甲烷浓度的季节振幅呈现减弱趋势，而副热带及热带地区的季节振幅却显著增强。由于甲烷自然排放和甲烷大气汇（主要被大气OH自由基的氧化）的增加（或减少）对季节振幅有完全相反的作用，因此这一季节振幅变化趋势及其空间差异为解析全球甲烷源汇的长期演变提供了关键观测证据。

图1 大气甲烷浓度季节振幅的长期变化

基于上述发现，研究团队通过进一步的观测数据分析和模拟实验，定量解析了甲烷季节振幅变化与各类排放源及大气汇的关联机制，揭示了北半球高纬地区季节振幅的减弱主要由气候变暖引发的自然源排放增强所致，为自然甲烷排放对气候变暖的正反馈效应提供了最直接的观测证据。副热带及热带大气甲烷季节振幅的增强则主要归因于大气汇的提升——据推算，自1984年以来全球对流层OH自由基浓度已上升10±1%，这可能与人为氮氧化物排放增加和一氧化碳排放减少有关；结合同期大气甲烷浓度的增长，研究推断大气甲烷汇增加了21±1%。此外，人为甲烷排放由北半球中高纬地区向热带转移，通过大气传输主导了亚洲、孟加拉湾和阿拉伯海的季节振幅上升。

图2 大气甲烷浓度季节振幅长期变化的归因

该研究为探究全球甲烷源汇的时空变化提供了新视角，并为减缓气候变化提供了重要科学依据。研究强调，在未来持续变暖及空气污染物（例如氮氧化物）减排的情景下，即使人为甲烷排放得到控制，北半球高纬自然甲烷排放增加及大气汇的减弱仍可能导致大气甲烷浓度进一步增加，因此需要“额外”减排才能实现《巴黎协定》的目标。

研究成果以《大气甲烷季节振幅变化趋势》（“Trends in the seasonal amplitude of atmospheric methane”）为题，于2025年5月7日在线发表在《自然》（Nature）上。北京大学城市与环境学院2022级博士生刘刚为论文第一作者，彭书时为通讯作者。北京大学大气与海洋科学系沈路路研究员，法国气候与环境科学实验室Philippe Ciais教授、Didier Hauglustaine教授、林鑫研究员、席毅博士，美国科罗拉多大学博尔德分校Xin Lan研究员，华盛顿大学Alexander J. Turner教授，北京大学博士生朱彧参与研究。研究得到国家自然科学基金（42325102）、国家重点研发计划（2022YFE0209100）的资助。