作为人为甲烷排放的重要排放国，中国气象局（CMA）已经建立了许多WMO/GAW全球和区域温室气体本底站，用于长期监测甲烷动态。然而，这些观测主要关注近地面层，中国垂直甲烷测量的可用性相对有限，尤其是在一些关键站点。大气甲烷空间分布的不确定性是阻碍准确估计区域甲烷排放的关键问题之一。

为了全面了解区域甲烷动态和来源，并评估大气甲烷的垂直变化以及气团传输的影响，有必要进行大气甲烷的现场时间和垂直廓线联合测量。无人机（UAV）的使用已成为垂直气体观测的补充方式，由于其操作简单、移动灵活、可控制悬停位置和成本低等优势，使得在高塔不易到达的高度进行甲烷测量成为可能。这些观测数据对于准确反演区域甲烷排放和校准及验证卫星测量至关重要。

大气甲烷的垂直廓线在关中平原地区的国家区域生态环境变化观测研究站进行，地处陕西省秦岭北麓。该站点位于西安市区西南方约50公里处，周边没有重大工业活动。

除此以外，还在观测站点使用了无人机收集2000米高空的空气样本，采样器包括空气泵和遥控单元，固定在无人机的起落架上，空气入口位于无人机上方0.5米处，以减轻无人机旋翼引起的空气湍流影响。无人机携带多个采样袋，在无人机从地面上升到预定采样高度的过程中，通过空气入口将空气泵入5 L的铝制空气采样袋大约20 秒。采样过程完成，就关闭空气采样袋另一侧的单向阀。随后，无人机继续上升，并在不同高度收集空气样本。完成所有高度的采样后，无人机迅速下降。着陆后，空气采样袋立即送到实验室中，使用Picarro G2401进行分析。

在冬季，我们观察到甲烷浓度的显著增加，这可能与冬季采暖期的能源消耗增加有关。家庭和工业供暖的增加导致了化石燃料的燃烧，从而增加了甲烷的排放。此外，冬季较低的气温也减缓了大气中甲烷的光化学氧化过程，使得甲烷在大气中的停留时间变长，进一步推高了甲烷的浓度。

日变化

甲烷浓度在上午10:00至11:00达到峰值，这与交通高峰时段的人类活动密切相关。在这一时段，车辆排放和工业活动产生的甲烷迅速累积，加之较低的风速不利于污染物的扩散，共同导致了甲烷浓度的峰值。此外，中午时分，由于太阳辐射的增强，大气边界层的发展有利于污染物的垂直扩散，使得甲烷浓度有所下降。

垂直分布

在非供暖期，甲烷浓度在垂直方向上的变化相对较小，表明在这一时期，大气混合较为均匀。然而，在供暖期间，尤其是在雾霾事件期间，我们观察到甲烷浓度在垂直方向上出现了显著的变化。在200米以下，甲烷浓度显著增加，这可能与供暖期间增加的人类活动和不利的大气扩散条件有关。在500米至1000米的高度范围内，甲烷浓度下降最快，这可能是由于这一高度范围内大气混合较为剧烈，有利于甲烷的稀释和扩散。

影响因素

通过双变量极坐标图分析，我们发现风速和风向对甲烷浓度有显著影响。在风速较低时，甲烷浓度倾向于增加，这表明在静稳天气条件下，本地排放源对甲烷浓度的贡献更为显著。相反，在风速较高时，甲烷浓度下降，这可能是由于较强的风力促进了污染物的扩散。此外，风向也对甲烷浓度有重要影响，来自不同方向的气流携带着不同区域的污染物，影响了观测站点的甲烷浓度。

季节性风向和风速对大气甲烷浓度的影响