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文章信息

第一作者：張銳林

通訊作者：皇甫宜博 副研究員、袁斌 教授

通訊單位：暨南大學(xué)環(huán)境與氣候?qū)W院

https://doi.org/10.1016/j.scib.2026.03.005

亮點

? 發(fā)現(xiàn)了我國城市CH?通量與溫度呈獨特的“V形”關(guān)系（11±1 ℃為轉(zhuǎn)折點），顯著區(qū)別于歐美城市，為理解不同氣候背景下城市CH?排放規(guī)律提供了關(guān)鍵實證。

? 解釋了不同季節(jié)的CH?排放的主導(dǎo)機制：冬季供暖天然氣泄漏驅(qū)動，夏季污水厭氧消化驅(qū)動。

? 居民家庭分散式天然氣使用的泄漏率為0.48%–0.60%，而集中供暖的CH?泄漏率僅0.05–0.06%，凸顯了集中供暖系統(tǒng)的減排效益。

? 構(gòu)建溫度-通量參數(shù)化模型，為城市排放清單改進和為制定基于溫度響應(yīng)的精準減排策略提供了科學(xué)依據(jù)。

研究進展

圖片摘要. 基于城市CH?通量觀測的來源解析與排放研究

基于我國超大城市多年的觀測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)CH?排放和溫度之間呈現(xiàn)獨特V型關(guān)聯(lián)，表明在不同溫度區(qū)間下CH?存在差異化的排放機制：低溫段，CH?排放的增加主要歸因于取暖導(dǎo)致的天然氣消耗激增，而在高溫段，城市污水管路中的生物厭氧消化是CH?隨溫度的增長趨勢的主要原因。

1. CH?獨特的V型溫度依賴模式揭示其雙重驅(qū)動機制

本研究首次揭示了北京城市地區(qū)CH?排放呈現(xiàn)的V型溫度依賴關(guān)系，在11±1 ℃處出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折點，這與倫敦、洛杉磯等城市僅在低溫段排放高的特征形成鮮明對比。當溫度低于11 ℃時，CH?通量隨溫度降低而增加（每降低1 ℃增加1.0%），這一現(xiàn)象主要與冬季因供暖需求導(dǎo)致的天然氣消耗增加相關(guān)；當溫度高于11 ℃時，CH?通量隨溫度升高而顯著增加（每升高1 ℃增加4.9%），其溫度敏感性（Q??=1.9）與污水系統(tǒng)的微生物厭氧產(chǎn)CH?過程高度吻合，這一階段的排放主要來源于城市下水道系統(tǒng)，溫暖環(huán)境加速了微生物分解有機物的過程，從而產(chǎn)生更多CH?。而目前量化排放清單中CH?排放量的方法未能考慮到這種溫度依賴性，從而忽略了重要的時間變化，因此該結(jié)果強調(diào)了將CH?排放與溫度的動態(tài)相關(guān)納入排放清單的重要性，以此更好地代表真實的CH?排放模式。

圖1. CH?通量與環(huán)境溫度的關(guān)系（及基于多項式的擬合結(jié)果）及不同城市間CH?排放隨溫度變化的趨勢對比

2. 生物源與化石燃料源貢獻的定量解析

研究通過將CH?通量與溫度多項式參數(shù)化表達，成功解析了生物源與化石燃料源對CH?排放的貢獻。結(jié)果顯示：生物源所排放的CH?在占全年尺度上CH?總排放的11.8%，在夏季貢獻更是超過了17%，呈現(xiàn)顯著的季節(jié)性集中特征；化石燃料源排放雖在供暖期因天然氣消耗而增加，但同期觀測到的CH?排放僅比非供暖期高17.6%，這表明與用于烹飪、熱水和發(fā)電等的非取暖天然氣消耗方式相比，集中供暖系統(tǒng)的泄露率要低得多。與歐美城市的對比進一步凸顯了北京市CH?排放的季節(jié)變化特性：洛杉磯、巴爾的摩、華盛頓和羅茲等城市均呈現(xiàn)冬季單峰模式，夏季排放處于全年低谷；而北京則呈現(xiàn)明顯的“夏冬雙高峰”特征，主要來自夏季生物源與冬季化石燃料源對CH?排放的突出貢獻。

圖2. 化石燃料源和生物源的CH?月均排放量及不同城市間CH?標準化月均排放量對比

3. 集中供暖系統(tǒng)對于減排效益的評估與減排策略研究

研究通過對比供暖期與非供暖期的CH?排放-天然氣消耗關(guān)系，量化了集中供暖系統(tǒng)的對于CH?的減排效益。數(shù)據(jù)顯示，集中供暖天然氣消耗所致的CH?泄漏率僅為0.05–0.06%（遠低于居民家庭分散式使用的0.48–0.60%），其CH?排放僅占化石燃料源全年CH?排放量的5.8%，而家庭分散式天然氣使用造成的泄漏主導(dǎo)了化石燃料源的CH?排放（94.2%）。這一結(jié)論對減排策略的制定具有重要指導(dǎo)意義：維持并優(yōu)化集中供暖系統(tǒng)具有顯著氣候效益，減排工作的重點應(yīng)優(yōu)先轉(zhuǎn)向升級本地天然氣配送管道和戶用天然氣灶具，并定期檢查閥門和儀表的泄漏�？紤]到生物源對于CH?排放的重要貢獻，研究強調(diào)了在溫暖季節(jié)需要對污水和廢棄物處理系統(tǒng)所產(chǎn)生的CH?排放予以關(guān)注，以驗證和提高目前對城市地區(qū)生物源CH?排放的認識。

作者介紹

張銳林，暨南大學(xué)環(huán)境與氣候?qū)W院2023級碩士生，主要研究方向為溫室氣體通量測量及來源解析研究，以第一作者身份在Science Bulletin期刊上發(fā)表SCI論文1篇，登記軟件著作權(quán)4項。

袁斌，暨南大學(xué)環(huán)境與氣候?qū)W院教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向為大氣活性成分的源匯過程與效應(yīng)研究，發(fā)表論文160余篇，合作出版專著1部，論文被引用9000余次，授權(quán)發(fā)明專利13項，登記軟件著作權(quán)7項。主持國家重點研發(fā)計劃課題、國家重點研發(fā)計劃政府間合作重點項目、國家自然科學(xué)基金委面上等項目，入選國家海外人才項目和廣東省自然科學(xué)杰出青年基金項目，作為參與人員獲批國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體項目，作為核心成員入選廣東省“珠江人才計劃”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊，獲中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會青年科學(xué)家獎（優(yōu)秀獎）、中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會VOCs專委會青年學(xué)術(shù)創(chuàng)新獎、廣東省科技進步一等獎等獎勵，入選全球前2%頂尖科學(xué)家年度榜單。

皇甫宜博，暨南大學(xué)環(huán)境與氣候?qū)W院特聘副研究員。主要研究方向為揮發(fā)性有機物和溫室氣體等大氣成分通量測量技術(shù)和應(yīng)用研究。主持國家自然科學(xué)基金青年、國家自然科學(xué)基金面上、廣東省自然科學(xué)基金面上等項目，作為子課題負責人參與國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金重點項目，發(fā)表論文30余篇；授權(quán)發(fā)明專利5項。

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