海洋覆盖了地球表面的70%，是地球上最大的碳汇之一。在极地地区，海洋不仅是气候变化的受害者，还可能是其推动者。海底下的沉积物中储存着大量的甲烷，这些甲烷可能通过海底渗漏进入水体，并进一步释放到大气中，加剧全球变暖。但是，由于极地环境的恶劣和研究条件的限制，我们对极地海洋甲烷排放的了解还远远不够。

与此同时，随着气候变暖，陆地贡献也可能发生变化，例如由于极地地区冰融化导致的淡水径流量的潜在增加，这可能会增加高纬度地区的甲烷通量。未来的变暖可能会导致冰盖下甲烷储层的不稳定性，因为冰盖边缘变薄和冰川退缩，这两者都可能导致冰前河流中融水的甲烷通量增加。为了更好地了解人为气候变化目前会如何影响海洋对全球甲烷预算的贡献，持续监测海-气甲烷通量是很有必要的。

仪器设置

在2019年1月至2021年3月间，使用Picarro G2311-f 温室气体涡度通量分析仪船载进行了大气甲烷（CH₄）的测量。该仪器基于波长扫描光腔衰荡光谱（WS-CRDS）技术，以10 Hz的频率同时测量CO₂、CH₄和H₂O，然后根据大气中CH₄测量和风速测量的波动计算海-气CH₄通量。

排放不确定性

EC CH₄通量的不确定性使用类似于EC CO₂通量的方式推导。不确定性的绝大部分来自于随机噪声，其中大部分是由于CH₄混合比率的自然变异性。我们不考虑海洋的不稳定性，因为对南大洋和北极海洋来说，极不稳定的条件很少见。即使在海面比上方空气温暖得多的情况下，风速通常足够高，以至于大气并不远离中性。

极地海洋甲烷排放的直接测量与源汇特征

这项研究利用EC技术在北极和南极海域进行了海-气甲烷通量的直接测量，这使得研究人员能更准确地捕捉到甲烷从海洋到大气的转移过程。研究显示，在北极（60°N以北）和南极（50°S以南）的大陆架区域，海-气甲烷通量显著，分别为9.17 ± 2.91 μmol/m²/d和8.98 ± 0.91 μmol/m²/d。这些数值远高于大陆架外区域的通量，表明大陆架区域是大气甲烷的重要来源。而大陆架外区域，北极的甲烷通量为2.39 ± 0.68 μmol/m²/d，相对较低，而南极大陆架外区域则表现为甲烷的汇，平均通量为-0.77 ± 0.37 μmol/m²/d。这些发现证实了极地海洋在气候变化中的重要作用，尤其是在甲烷这一强效温室气体的循环过程中。

甲烷排放的空间分布与海底渗漏的关系

研究揭示了甲烷排放的空间分布特征，特别是在西斯瓦尔巴群岛、南乔治亚岛和南设得兰群岛以及布兰斯菲尔德海峡周围发现了甲烷排放的高值区域。这些区域的甲烷通量远超过仪器的检测限，指向了海底甲烷渗漏的可能性。通过使用回声探测仪收集的数据，研究团队在特定区域确认了海底甲烷渗漏事件，如下图所示，这些图像显示了在特定时间和地点的海底甲烷气泡上升事件。这些发现不仅为海底甲烷排放提供了直接证据，而且突出了海底甲烷渗漏对大气甲烷浓度可能的重要贡献。此外，研究还指出了需要进一步研究的区域，以便更全面地了解海底甲烷渗漏的规模和影响。

气候变化对极地海洋甲烷排放的影响及监测的重要性

这项研究强调了气候变化对极地海洋甲烷排放的潜在影响。随着全球海洋温度的上升，预计极地海洋的甲烷排放量将增加，尤其是在气体水合物稳定区边缘的区域。这种潜在的甲烷释放可能会形成气候变暖的正反馈循环，即更高的温度导致更多的甲烷释放，而这些甲烷将进一步加剧全球变暖。此外，随着极地冰盖的融化，淡水径流量的增加可能会增加高纬度地区的甲烷通量。研究指出，持续监测甲烷海-气通量对于理解人为气候变化如何影响海洋对全球甲烷预算的贡献至关重要。这种监测不仅有助于我们更好地理解当前的气候变化影响，而且对于预测未来的气候变化趋势和制定相应的气候政策和干预措施具有重要意义。