编者按：从冬日寒来到夏日暑去，云卷云舒，思古往今，气候变迁无常。中科院之声与中国科学院大气物理研究所携手呈现“大气悟理”，带您探寻大气中的奇妙故事，探索与天气、气候和环境相关的知识。
广袤无垠的冰原上，两位探险家点燃了一场壮丽的火焰，领导这场“奇幻表演”的并非魔术大师，而是大自然的魔法师——甲烷。
甲烷的奇妙之处
或许你对甲烷这个名字感到生疏，但你一定听说过它的别名——天然气。甲烷分子由一个碳原子和四个氢原子组成，化学式为CH。尽管它看似简单，但其潜能却不可小觑。甲烷是天然气、沼气、油田气以及煤矿坑道气的主要成分，也可用于燃料生产、制造氢气、一氧化碳、氢氰酸以及甲醛等化学品。甲烷作为能源和原料在民用和工业领域广泛应用。
大气中的甲烷源头包括自然和人为活动。自然源包括湿地、植被、海洋和甲烷水合物等；人为源包括能源生产（如煤炭和油气开采）、农业活动（畜牧业、水稻种植和秸秆焚烧）、废物处理（固体废物、工业废水和城市污水）以及人工湿地等。大量甲烷储藏在北极地区的永久冻土层和冰层下。这些甲烷藏匿在冰下，宛如“睡在冰上”的“冰川之火”，一旦被点燃，就会形成壮观的“冰上火焰”甚至爆炸。北极地区冻土和海底的甲烷一直被认为是地球变暖的巨大威胁。研究人员认为，随着北极冰层的融化，冻土和海底沉积物中的甲烷逐渐释放到大气中。
甲烷不仅是一种燃料，还是仅次于二氧化碳的重要温室气体，有助于地球保持热量。根据IPCC第五次评估报告，在未来的100年里，甲烷的全球增温潜势是二氧化碳的28倍，其在大气中的停留时间约为9.1年。自工业革命以来，大气中
甲烷的系统观测起始于19世纪80年代，由全球大气观测站（由世界气象组织管理）进行。目前，地基傅里叶变换红外太阳吸收光谱仪在甲烷气体监测中扮演着关键角色（一些卫星搭载了太阳短波红外甲烷传感器，提供了天基监测系统）。目前，全球存在两个主要的甲烷观测网络：一个是总碳柱观测网络（TCCON，约70个站点，国内仅有合肥站）；另一个是探测大气成分变化网络（NDACC），全球约有25个站点。这两个网络都使用高分辨傅里叶变换光谱仪，这些设备体积庞大、价格昂贵，并需依赖大量基础设施和定期维护，无法随意移动。
2014年，国际对地观测卫星委员会（CEOS）发布了《天基碳观测战略》，当时全球仅有两颗搭载太阳短波红外二氧化碳和甲烷传感器的卫星，分别是欧洲空间局（ESA）于2002年发射的ENVISAT卫星（2012年失联）和日本的GOSAT卫星（自2009年至今）。此后，美国国家航空航天局（NASA）的OCO-2卫星、ESA的Sentinel-5P卫星以及其他一些太阳短波红外二氧化碳和甲烷卫星已陆续加入这两项开创性任务。卫星能快速定位大型污染源，监测甲烷泄漏和异常含量的区域，帮助人们了解全球甲烷排放水平，并估算不同地理区域的甲烷浓度。
甲烷监测的道路漫漫
我国在应对气候变化和履行《巴黎协定》中对温室气体排放的控制方面付出了巨大努力。目前我国已初步建立起天、空、地一体化的温室气体立体观测能力，但主要集中于二氧化碳的观测，对甲烷的观测仍然相对缺乏。
中科院大气物理研究所的香河观测站（位于39.75°N， 116.96°E，海拔30 m）始建于1973年，是中国科学院日地空间环境观测网络站点之一，可进行大气物理、化学、动力学等多要素综合观测。由于其多项重要观测项目和昂贵设备，香河观测站的结果被广泛应用于国际合作。香河地区夏季东南风和冬季西北风的盛行，使得该站受到全年周边人类活动的影响，可监测到人类活动造成的污染排放。香河站也位于甲烷排放源地区，因此部署了地基高分辨率傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等仪器用于温室气体监测。香河站的FTIR观测数据始于2018年6月。
大气所硕士生吉登辉及