编者按

甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，但相较而言其在大气中存留的时间更短，温室效应更强。近日，美国总统气候问题特使克里访华，其与中国气候变化事务特使解振华会谈仍在进行当中。据悉，会谈重点关注减少甲烷和其他非二氧化碳排放，以及11月开始的COP28全球气候谈判的准备工作。甲烷排放数据一般如何获取？当前甲烷控排的重点和突破口在哪儿？CCAPP志愿者就甲烷数据统计方法等内容展开介绍，强调了高质量、系统性的甲烷数据对于中国构建甲烷MRV体系的重要性。

自前工业时代以来，甲烷对全球变暖贡献了约25%[1]。根据《欧盟甲烷战略》，未来30年将人类活动带来的甲烷排放量减少50%，到2050年，全球气温将降低约0.2℃，对于实现将全球气温升高控制在2℃以下至关重要[2]。2021年8月，政府间气候变化专门委员会（IPCC）第一工作组发布第六次评估报告（AR6），阐明了甲烷控排与减缓升温以及空气质量改善的关系[3]。2021年11月，在第26届联合国气候变化框架公约缔约方会议（COP26）期间，多国共同签署了“全球甲烷承诺（Global Methane Pledge）”，承诺到2030年前将全球甲烷排放量较2020年至少减少30%[4]。

甲烷控排的重要性和迫切性显而易见。然而，当前甲烷控排仍面临诸多挑战。其中，摸清甲烷排放数据底数是需关注重点之一。根据国际能源署（IEA）《2022年全球甲烷追踪》，全球能源部门的实际甲烷排放量比各国政府提交的估算总和高出约70%[5]，因此，识别甲烷重点排放源、量化甲烷排放监测、建立甲烷排放清单、提高模拟准确性，对于获取更高质量的甲烷排放数据而言尤为关键。2020年10月14日，欧盟委员会发布了《欧盟甲烷战略》（EU Methane Strategy），该战略提出“欧盟与中日韩三国建立买家联盟，推动建立国际甲烷MRV*标准”[2]，以促进甲烷排放量化并保证数据质量。

*MRV是指温室气体排放的量化与数据质量保证的过程，包括监测（Monitoring）、报告(Reporting)、核查(Verfication)，科学完善的MRV体系是碳交易机制建设运营的基本要素，也是企业低碳转型、区域低碳宏观决策的重要依据。

甲烷排放数据的获取方式，从统计路径上进行分类，主要分为自下而上法（包括排放源直接监测、排放清单编制）和自上而下法（卫星遥感反演）[6]。本文从企业、行业等不同层面对于目前全球及我国甲烷数据获取方式进行了概述。

一、 企业层级甲烷监测——点源监测法

点源监测法通过测量设备获取排放源（例如阀门、泵、井口）甲烷排放量，再乘以设备数量来估算总体设施或区域甲烷排放量，为建立行业及国家清单提供点源数据基础。该方法主要依赖元件级的排放因子，例如采用手持设备或小范围布设的固定传感器在较小的空间尺度上进行点源式的测量[7]。因此通常被用于测量范围较小、测量精度要求较高的工业生产活动中，例如点源排放监测、甲烷逸散点检测等。

测量设备基于测量原理，分为光学、化学、声学及其他四类，最常见的测量设备是基于光学原理的固定传感器[8]（如表1）。

表1. 四类甲烷排放量测量设备的开发原理、

应用场景及常见仪器（来源：作者自制）

煤炭和油气行业作为甲烷主要的排放源（如表2），目前已基本形成甲烷监测、报告的行业指导文件，企业层面通过建立甲烷排放监测系统检测甲烷排放和逸散量，同时利用设备统计、点源测量等方式更新排放因子，为国家或行业清单提供可靠的数据支撑。

表2. 煤炭和油气行业的甲烷排放来源、

企业层面常用的监测方法及设备（来源：作者自制）

二、行业地区甲烷估算——排放清单法

为了从更大的时间和空间尺度上估算甲烷排放量，各国或各地区需对不同部门、不同来源的甲烷排放量进行统计和估算，并编制温室气体排放清单。相比点源监测数据，温室气体排放清单是对一定区域内人类活动排放和吸收的温室气体信息的全面汇总。最普遍的排放清单编制方法为排放因子法，即排放量=活动数据×排放因子。

当前国际主流的排放清单及方法论是IPCC分别于1996年、2000年和2006年编制的《国家温室气体排放清单编制指南》，为各国家和地区提供统一的排放清单编制依据。根据《联合国气候变化框架公约》要求，所有缔约方应按照IPCC国家温室气体清单指南编制各国的温室气体清单。中国的清单编制从2000年起步，并于2004年首次提交《中国气候变化初始国家信息通报》，报告了1994年我国温室气体清单，其中包含二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、六氟化硫等六种温室气体。当前，从清单编制机制来看，我国的温室气体排放清单主要参考依据为《IPCC国家温室气体清单（1996年修订版）》[13]。相较于点源监测法，通过编制温室气体排放清单，可以详细的对不同部门的甲烷排放量进行核算，并将甲烷排放量与主要经济部门联系起来，准确掌握不同年份分时间、部门、行业的甲烷排放现状。

三、大气整体甲烷观测——卫星遥感反演法

卫星遥感监测是目前最大空间尺度的“自上而下”监测方法，可获得大陆乃至全球范围大空间尺度、全排放源的总量数据，并为微观数据的校准提供便利。

相较于排放源直接监测及排放清单的数据获取方法，卫星遥感测量获取的甲烷排放数据具有以下优点：

自下而上清单制的排放数据统计资料和排放因子更新速度较为缓慢，难以捕捉排放源的动态变化，并往往会低估先前未知的排放源以及超级排放体，而卫星遥感数据可以提供近乎实时的排放信息[14-15]；

相较于点源测量，卫星遥感提供全球覆盖，能够用较低的经济成本和人力成本实现对较大空间范围内的甲烷排放测量[15]。

卫星遥感测量大气中甲烷浓度，通过大气传输模型反演转换为排放量，并进一步结合辅助信息推断排放源[14]。国际上主要的温室气体监测卫星有TROPOMI、GHGSat、GOSAT、PRISMA、GF-5等，这些卫星产品为全球甲烷浓度观测提供了不同空间分辨率、时间分辨率以及光谱分辨率的影像及数据[16]。卫星遥感的甲烷排放数据可以作为与排放清单完全独立的数据集，通过大气传输模型反演的排放通量验证排放清单内容，为排放清单提供质量保证[15]。此外，卫星遥感也可用于识别及定位全球范围内大型甲烷泄露源，定位这些排放源的位置有利于相关设施、设备的运营商采取应对及优化措施。

图1 . 全球甲烷观测卫星示意图[16]

目前，基于卫星遥感数据反演的甲烷排放也存在局限性，例如被动遥感由于日照时间限制，无法开展昼夜循环或冬季高纬度地区观测，并且观测效率受云和气溶胶影响严重[14]。因此，“自下而上”测量、清单数据集可以作为卫星数据的补充，提高大气整体甲烷观测的数据完整性与精确度。

四、建议与展望

获取高精度、高准确度的甲烷排放数据是建立甲烷MRV体系的基础与关键。本文综述性介绍了当前三种主流的甲烷排放数据获取形式——点源监测法、排放清单法及卫星遥感法。将甲烷排放源监测数据、排放清单、卫星遥感数据形成闭环并相互校验，是建立可靠全面的甲烷MRV体系的重要一环。

点源监测法使用传感器等仪器监测现场的点源性甲烷排放，具有使用范围小、精准度较高的特点。在煤炭和油气行业可用于测量某生产设备或某特定环节的甲烷排放以及检测甲烷泄露点。

排放清单法则是在获取排放源信息及观测数据的基础上，通过计算公式，获取较大空间范围及行政管理范围（例如省级、国家级）的甲烷排放信息。

卫星遥感提供了目前最大空间尺度的大气甲烷浓度数据，并提供近乎实时的排放信息。卫星遥感可作为完全独立的数据验证排放清单，亦可用于超级排放体监测。

通过对三种测量方法的数据进行整合，极大提高了排放数据的完整性和准确性，充分保障了甲烷监测、报告的可信度，为核查提供详尽的信息支持。同时，直接测量、排放清单、卫星遥感三大甲烷排放数据获取形式涵盖了从单一生产设备，到企业层面，进而到省级国家级层面的不同空间范围及行政管理范围，能为不同层级的甲烷MRV体系提供数据支持，进而推进更有针对性的甲烷减排方案实施。

参考资料

[1] Saunois M, Stavert A R, Poulter B, et al. The Global Methane Budget 2000–2017 [J]. Earth Syst Sci Data, 2020, 12(3): 1561-623.

[2] The EU methane strategy [R]. European Union, 2020. https://energy.ec.europa.eu/topics/oil-gas-and-coal/methane-emissions_en#eu-methane-strategy

[3] IPCC The Working Group I. Climate Change 2021: The Physical Science Basis [R]. 2021. https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/

[4] Joint EU-US Press Release on the Global Methane Pledge [R]. European Commission, 2021. https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_21_4785

[5] Global Methane Tracker 2022 [R]. IEA, 2022. https://www.iea.org/reports/global-methane-tracker-2022

[6] Seinfeld J H, Pandis S N. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change [M]. 3rd, 2016, p34.

[7] Environmental Defence Fund. 国内外甲烷排放控制行动与趋势——2021 中国甲烷论坛背景报告 [R]. 北京：中国2021年甲烷论坛，2021.

[8] 李政, 孙铄，董文娟，张丹玮. 能源行业甲烷排放科学测量与减排技术 [R]. 北京：清华大学气候变化与可持续发展研究院，2020.

[9] United Nations Economic Commission for Europe (UNECE). Best Practice Guidance for Effective Methane Drainage and Use in Coal Mines. 2nd Edition. Geneva: United Nations, 2016: Pg.27.https://unece.org/DAM/energy/cmm/docs/BPG_2017.pdf

[10] 马翠梅, 戴尔阜, 刘乙辰, 等. 中国煤炭开采和矿后活动甲烷逃逸排放研究[J]. 资源科学, 2020, 42(2): 311-322.

[11] United Nations Economic Commission for Europe (UNECE). Best Practice Guidance for Effective Methane Management of Coal Mine Methane at National Level: Monitoring, Reporting, Verification and Mitigation [R]. GENEVA: UNECE, 2021.

[12] United Nations Economic Commission for Europe (UNECE). Best Practice Guidance for Effective Methane Management in the Oil and Gas Sector: Monitoring, Reporting and Verification (MRV) and Mitigation [R]. GENEVA: UNECE, 2019.

[13] 董文娟, 李政, 孙铄, 张丹玮，唐若瑶. 能源行业甲烷排放清单编制研究 [R]. 北京：清华大学气候变化与可持续发展研究院，2020.

[14]刘毅, 王婧, 车轲, 蔡兆男, 杨东旭, 吴林.温室气体的卫星遥感—进展与趋势[J].遥感学报,2021, 25(1):53-64.

[15] COOPER J, DUBEY L, HAWKES A. Methane detection and quantification in the upstream oil and gas sector: the role of satellites in emissions detection, reconciling and reporting [J]. Environmental Science: Atmospheres, 2022, 2(1): 9-23.

[16] Jacob D J, Varon D J, Cusworth D H, et al. Quantifying methane emissions from the global scale down to point sources using satellite observations of atmospheric methane [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2022, 22(14): 9617-46.

封面图片来源：Unsplash

本文作者

文稿撰写：孙邹纳川、徐韫致、张雨宁（排名不分先后）

审阅：CCAPP志愿者管理团队

排版：CCAPP秘书处

注：CCAPP志愿者王肖阳、吴金亦对本文有所贡献

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文章来源：金末创业网

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