在北极快速变暖的背景下，西伯利亚地区多年冻土持续退化、野火活动加剧，由湿地及冻土相关产甲烷过程和野火释放的甲烷不断增加，使该地区成为全球甲烷排放增长的重要热点。这类气候驱动的自然源甲烷反馈可能削弱人为甲烷减排的气候效益，并成为全球甲烷治理中的重要不确定因素。相关发现对我国参与全球气候治理、完善温室气体综合观测体系，以及提升气候反馈与风险预估能力具有重要启示。

近日，题为“Decadal doubling of Siberian methane emissions due to warming-induced fires and methanogenesis”的研究论文在《Science》期刊发表。中国科学院大气物理研究所（以下简称大气所）刘毅研究员团队联合国际团队，聚焦气候变化背景下西伯利亚地区甲烷排放演变过程研究，完整揭示了大气环流诱发野火提升甲烷释放、导致近期甲烷排放显著增加的机理。该项研究定量揭示了北极加速变暖背景下西伯利亚冻土甲烷排放增长的演变机制，为全球甲烷减排政策制定和区域气候阈值研究提供了新的科学依据。这是该团队继2020年在《Nature》刊发温室气体源汇核算成果后，在温室气体收支及其气候环境效应领域取得的又一项重要进展。

尽管西伯利亚地区甲烷排放仅占全球总量约5%，但受观测资料稀缺和环境条件复杂等因素限制，不同研究的估算差异较大，其变化趋势及与温度变化之间的关系长期难以准确判断，成为全球甲烷收支中一个重要的不确定来源。大气所朱思虹博士（第一作者）利用自主研发的甲烷排放同化反演系统，融合温室气体观测卫星（GOSAT）和全球近地面观测数据（包括西伯利亚高塔观测），将西伯利亚甲烷排放总量和趋势的估算不确定性降低至10%左右。结果显示，2010-2023年，该地甲烷年排放量增加了约1200±190万吨，平均每年增加约5%（110±10万吨），相当于同期全球湿地（占全球排放总量约1/3）年均增量的92%。

“早在2021年，我们就发现了西伯利亚的甲烷排放的上升趋势。”然而，刘毅研究员并未急于得出结论，反而审慎地提出了两个关键问题：“这种依靠自主框架同化反演的结果可靠吗？排放增长背后的物理机制什么？”为解答上述问题，团队历时数年开展严谨的“双重求证”工作：一是通过多源观测与多方法对比，对结果进行了全方位验证；二是深入剖析了西伯利亚排放增长背后的物理机制。

研究发现，以叶尼塞河为界，西伯利亚东西两侧正在呈现出两种不同的气候图景：西部更湿，东部更暖更干。两地甲烷排放增长的核心驱动机制存在显著差异（图1）。西西伯利亚主要受到冬季斯堪的纳维亚型大气环流影响，增加的海洋水汽和热量输送加剧该地季节性冻土融化，促进甲烷释放；东西伯利亚则与北极涛动（AO）引发的高压异常有关，高压系统带来的持续性暖干化加剧野火强度和频次，加速永久冻土突发性解冻，进而增加甲烷排放。

在探究机制的过程中，团队发现，随着最高气温升高，甲烷排放并非匀速增加，而是呈现轻微加速上升的非线性特征。在使用涌现约束方法对模型温度预测进行约束的基础上，发现在高排放情景下，到本世纪中期，该地甲烷排放的增加甚至可能抵消全球人为甲烷减排目标的1/5。其中，东西伯利亚的甲烷排放增加的幅度和概率较大。

刘毅研究员强调，“如果我们忽略这种区域性的、非线性的反馈，全球甲烷预算将出现严重偏差。我们的减排努力也可能被自然源变化‘抵消’一部分。因此，全球气候评估工作必须重视此类‘超调效应’，即增温引发的额外自然源甲烷排放进一步加剧温室效应，使实际升温幅度可能超出原有预测，并将这一反馈更充分地纳入未来气候预测与风险评估”。

爱丁堡大学（英国）Paul Palmer教授和Liang Feng博士表示，“即便西伯利亚多年冻土中储存的碳仅有小部分解冻并释放到大气中，也可能对全球气候目标构成严峻挑战”。

大气所杨东旭研究员认为，“目前北极甲烷排放监测仍存在明显局限。遥感和地面观测在时间和空间上的覆盖并不均衡，使科学界仍难以持续、精确追踪区域甲烷排放变化。未来西伯利亚地区是否会从碳汇转变为碳源仍存在很大不确定性”。陈尚锋研究员从大气动力学角度进一步强调了中高纬大气环流遥相关对西伯利亚增温及甲烷排放增加的重要作用。

本文第一作者是大气所朱思虹博士，通讯作者包括大气所刘毅研究员和杨东旭研究员，英国爱丁堡大学Paul I. Palmer教授和Liang Feng博士。合作作者包括大气所曹军骥研究员和陈尚锋研究员，日本国立环境研究所Motoki Sasakawa 研究员，英国莱彻斯特大学的Robert J. Parker 教授，德国不来梅大学Hartmut Boesch教授，挪威环境研究所的Ove Hermansen研究员和Stephen M. Platt研究员。该论文得到了中国科学院先导项目XDB0760000 和 XDB1380202，中国科学院基础研究青年科学家项目YSBR-037以及中国博士后科学基金E3442418的资助。

文章信息：

Zhu, S., Liu, Y., Palmer, P. I., Feng, L., Yang, D., Chen, S., Sasakawa, M., Parker, R. J., Boesch, H., Cao, J., Hermansen, O., Platt, S. M., 2026: Decadal doubling of Siberian methane emissions due to warming-induced fires and methanogenesis, Science, 393, 6811. https://doi.org/10.1126/science.aea5828.

大气环流影响甲烷排放的季节演变机制示意图（科学概念：大气所团队；制图：中国科学院国际合作局）