甲烷是一种有力的温室气体，它通过自然过程和人类活动（例如能源生产和农业）被添加到大气中。
为了预测人类排放的影响，研究人员需要全面了解大气中的甲烷循环。他们需要知道自然和人为输入的大小以及输出。他们还需要知道甲烷在大气中的停留时间。
为了促进这种理解，罗切斯特大学地球与环境科学助理教授汤姆·韦伯（Tom Weber）大学本科生Nicola Wiseman '18，现为加利福尼亚大学欧文分校的研究生；与他们在德国GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心的同事Annette Kock使用数据科学来确定每年从海洋向大气中排放多少甲烷。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上，填补了甲烷循环研究方面的长期空白，并将帮助气候科学家更好地评估人类扰动的程度。这项研究是韦伯利用数据科学努力更好地了解各种温室气体（包括氮气和二氧化碳）如何影响全球气候系统的一部分。
注意甲烷预算
每三年一次，由国际气候科学家组成的小组称为“全球碳计划”，它会更新所谓的甲烷预算。甲烷预算反映了对全球甲烷循环中投入和产出的理解现状。最后更新于2016年。
韦伯说：“甲烷预算帮助我们将人的甲烷排放置于背景之中，并为评估未来的变化提供了基准。” “在过去的甲烷预算中，海洋是一个非常不确定的名词。我们知道海洋自然会将甲烷释放到大气中，但是我们不一定知道有多少。”
在甲烷预算中，如果一个术语不确定，则会给其他所有术语增加不确定性，并限制研究人员预测全球甲烷系统可能如何变化的能力。因此，对甲烷的海洋排放进行更准确的估算多年来一直是甲烷循环研究的重要目标。
但是，韦伯说，“这并不容易。”由于海洋是如此广阔，因此仅对其中的一小部分进行了甲烷采样，这意味着数据很少。
转向机器学习模型
为了克服这一限制，Weber和Wiseman汇编了海洋中所有可用的甲烷数据，并将其输入到机器学习模型中，该模型是为模式识别而设计的计算机算法。这些模型能够识别甲烷数据中的系统模式，从而使研究人员即使在未进行直接观测的地区，也能够预测可能的排放量。
韦伯说：“我们的方法使我们能够比以往更准确地确定全球海洋排放率。”
最新版本的甲烷预算将在今年晚些时候发布，并结合Weber论文的结果，使研究人员可以更好地了解甲烷在整个地球系统中的循环方式。
海洋甲烷排放最集中在哪里？
除了有助于更好地了解全球甲烷预算外，该研究还得出了另外两个有趣的发现：
-首先，尽管仅占海洋面积的5％，但非常浅的沿海水域却贡献了约50％的海洋甲烷排放总量。这是因为甲烷可以沿着大陆边缘从天然气储层中渗出，并且可以在海底的缺氧（贫氧）沉积物中以生物方式产生。在深水区，甲烷从海底到大气的漫长路径很可能被氧化。但是在浅水区，有一条通向大气的快速路线，甲烷在被氧化之前会逸出。韦伯目前正在与罗切斯特地球与环境科学教授约翰·凯斯勒（John Kessler）合作，通过进行研究考察和进一步开发机器学习模型来解决沿海甲烷排放的不确定性。
第二，甲烷的空间格局与浮游植物的丰度非常相似，这支持了最近有争议的浮游生物在表层海洋中产生甲烷的假说。以前，科学家认为甲烷只能在海洋底部的缺氧条件下产生。韦伯说：“证据正在逐渐积累起来，以推翻这种范例，我们的论文增加了一个重要的方面。”
甲烷的每种天然来源也可能对气候变化敏感，对于研究人员来说，有一个准确的基准很重要。
“有很多理由认为，海洋将来可能会成为更大的甲烷来源，但是除非我们对当前的甲烷排放量有一个很好的估计，否则我们将永远无法确定未来的变化，”韦伯说。
联系客服
