Estimation of methane emissions using TROPOMI and divergence analysis: A top-down assessment of Ghana’s national-scale methane budget

甲烷是一种强效的温室气体，虽然肉眼看不见，但其捕捉热量的能力足以驱动气候变化。虽然二氧化碳在讨论中往往占据主导地位，但在短期内，甲烷在加热地球方面的效率要高得多，这使得控制甲烷成为实现全球气候目标的重中之重。在世界许多地方，特别是在发展中国家，追踪这种气体的来源是一个困难的谜题。传统方法依赖于统计活动——例如统计牛的数量或测量燃料消耗量——然后将其乘以估计的排放率。这种被称为“自下而上”的清单法，往往因为依赖不完整的数据和可能无法反映地面实际情况的假设，而难以达到准确目标。为了获得更清晰的图景，科学家们正在转向一种“自上而下”的方法：观察大气本身。通过从太空测量大气中甲烷的实际浓度，研究人员可以进行逆向推导，以确定地表下方释放了多少气体，从而为现实世界中发生的情况提供直接检查。

在一项针对加纳的新研究中，研究员纳丁·奥塞-埃萨（Nadine Osei-Essah）和早川裕一（Yuichi S. Hayakawa）应用了这种基于卫星的视角，首次对该国的甲烷排放进行了全国范围的制图。他们利用了 Sentinel-5P 卫星的数据，该卫星携带了一个名为 TROPOMI 的仪器，能够探测大气中的甲烷分子。研究团队并不仅仅是观察气体在哪里最浓缩；他们还分析了风是如何移动这些气体的。通过将卫星测得的甲烷水平与详细的风向数据相结合，他们使用了一种称为“散度分析”的数学技术。这种方法本质上是追踪气体随着风向移动而扩散的过程。如果风将一片高甲烷含量的空气从源头带走，那么该区域内浓度的变化就会揭示下方排放的强度。这种方法使科学家能够绕过在该地区稀缺的地基传感器，转而让大气本身讲述气体来源的故事。

研究结果描绘了加纳甲烷景观的鲜明轮廓，揭示了南北方之间的明显差异。卫星数据显示，加纳南部地区的甲烷浓度显著较高，特别是在沿海地区和沃尔特河（Volta River）流域。相比之下，北部地区的水平则低得多。研究人员发现，受西非季风驱动的该地区风向模式，通常将空气从北向南、从东向西推进。这种运动有助于运输来自其源头的排放物，形成了一种科学家可以测量的流动。该国大部分地区的排放率呈低到中等水平，通量通常保持在每平方公里每小时 35 公斤以下。这些水平表明，主要来源可能与农业有关，如水稻种植和畜牧业，以及混合的人类活动，而非大规模的工业泄漏或来自化石燃料基础设施的超级排放源。然而，研究确实识别出了几个排放量极高的明显热点地区，其浓度高达每平方公里每小时近 88 公斤，集中在阿克拉大都会区、西部地区和沃尔特地区。

当研究人员将他们的卫星衍生数据与基于“自下而上”计数法的官方国家清单进行对比时，出现了一个显著的差异。卫星分析表明，现有的清单低估了正在释放的甲烷总量。卫星数据捕捉到了更广泛的排放强度，并显示实际排放量高于传统报告所指示的水平。这种差距并不令人意外，因为“自下而上”的清单往往难以解释热带环境中排放的复杂性和弥散性，在这些地区，诸如湿地和分散的农业实践等因素可能会以标准公式难以预测的方式释放气体。研究还强调，卫星方法并非完美；南部沿海地区的云层覆盖和大气颗粒有时会阻挡卫星的视线，这意味着一些高排放区可能被遗漏或低估了。尽管存在这些局限性，但该研究证实，卫星观测与风向分析相结合，为缺乏广泛地面监测网络的地区提供了强大且必要的监测工具。

这些发现为理解加纳对全球甲烷水平的贡献提供了新的基础，并支持该国实现其气候承诺的努力。通过证明卫星技术可以成功绘制热带国家的排放图谱，这项研究为其他缺乏广泛地面监测网络的撒哈拉以南非洲国家提供了一个可复制的框架。研究强调，虽然传统的清单提供了基准，但它们可能并未讲述完整的故事。大气层在被正确解读时，会揭示出由自然湿地和人类活动共同驱动的更复杂、也往往规模更大的排放图景。随着世界寻求减少甲烷以减缓气候变化，这些“自上而下”的洞察力对于验证进展和指导有效政策变得至关重要，确保遏制排放的努力是基于大气中实际发生的情况，而不仅仅是记录在纸上的数字。