（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）

隨著大氣探測和模型模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，通過大氣二氧化碳濃度觀測溯源碳排放的方法，被認(rèn)為是評(píng)估溫室氣體減排成果的有效方法。2016年12月22日，我國發(fā)射首顆二氧化碳觀測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星TanSat，成為全球第3個(gè)可提供碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的國家。

監(jiān)測全球CO2濃度，觀測和模擬同時(shí)進(jìn)行

碳衛(wèi)星，全稱“全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”。運(yùn)用大氣二氧化碳濃度測量法監(jiān)測全球CO2濃度，依賴于觀測和模擬的同時(shí)進(jìn)行，旨在應(yīng)對(duì)全球氣候變化、監(jiān)測全球二氧化碳濃度分布情況。

在觀測方面，衛(wèi)星遙感由于特殊的觀測地點(diǎn)和方式，可以在二氧化碳全球觀測中發(fā)揮較大作用，特別是在全球覆蓋高分辨率的觀測上，能夠做到看得廣、看得清；而模擬則主要是通過大氣輸送模型，利用高性能計(jì)算機(jī)，模擬出大氣二氧化碳傳輸過程和每一個(gè)時(shí)刻、每一個(gè)地方大氣二氧化碳的含量，并與衛(wèi)星觀測協(xié)調(diào)一致，得到一個(gè)最接近真實(shí)的碳通量數(shù)值。

搭載特制“千里眼”，提供重要數(shù)據(jù)支撐

目前，全球二氧化碳地面觀測站點(diǎn)總共僅有數(shù)百個(gè)，難以滿足監(jiān)測需求。碳衛(wèi)星在一定程度上為這個(gè)問題提供了解決方案，它可以獲取覆蓋全球的二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)。

從厚厚包裹著地球的大氣層中，識(shí)別出哪些氣體是二氧化碳，還要畫出一張張“動(dòng)態(tài)圖”——在我國發(fā)射的碳衛(wèi)星上，搭載了特制的“千里眼”。

在TanSat碳衛(wèi)星上，搭載了一臺(tái)高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀。這臺(tái)探測儀的工作原理，是在可見光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測二氧化碳濃度，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)掌握全球大氣中二氧化碳的濃度變化。碳衛(wèi)星每天繞地球飛行約14圈，探測寬度20千米。在繞地球兩極運(yùn)行的過程中獲取全球二氧化碳濃度信息，以準(zhǔn)確展示人類活動(dòng)與自然體系是如何排放和吸收這種溫室氣體的。

通過對(duì)全球柱濃度的序列分析，并借助數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)的一系列模型計(jì)算，可推演出全球CO2的通量變化（單位時(shí)間通過單位面積的CO2總量），這正是碳循環(huán)研究的核心數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

對(duì)比碳衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)， 可計(jì)算出世界不同地區(qū)二氧化碳水平情況

除此之外，碳衛(wèi)星還搭載了另一件“利器”——多譜段的云與氣溶膠偏振成像儀。這臺(tái)成像儀可以測量云、大氣顆粒物等輔助信息，為科學(xué)家精確反向推演二氧化碳濃度剔除干擾因素，還可以幫助氣象學(xué)家提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，并為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數(shù)據(jù)支撐。碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)每天更新。用戶可以按照日期和區(qū)域定制和下載碳衛(wèi)星的全球數(shù)據(jù)。

首幅中國碳衛(wèi)星大氣二氧化碳全球分布圖

通過不斷重復(fù)觀測， 碳衛(wèi)星能夠提供完整的全球二氧化碳分布圖

作為一顆標(biāo)準(zhǔn)的近極地太陽同步衛(wèi)星，碳衛(wèi)星每天在距地球700公里高度的軌道上空圍著地球南北兩極繞圈飛行，一天能跑14圈到15圈。碳衛(wèi)星上的全球二氧化碳監(jiān)測儀每軌能收集到軌道東西向20公里范圍內(nèi)的地球大氣高光譜分辨率信息。如此算下來，碳衛(wèi)星一天所能獲取的數(shù)據(jù)為（14到15） 20公里范圍，即大約300公里的覆蓋區(qū)域。而地球赤道的周長約40000公里，從理論上說，如果拿到140天左右、2000條軌道的觀測數(shù)據(jù)，就能獲取一張無縫隙全球覆蓋的二氧化碳監(jiān)測圖。

中國碳衛(wèi)星首幅全球二氧化碳分布圖

2017年9月，首幅全球二氧化碳分布圖問世，平均精度達(dá)到2.11ppm。由全球二氧化碳分布圖可看出，春季由于人為排放形成的北半球二氧化碳濃度高、南半球濃度低的特征；對(duì)比2017年4月和2017年7月分布圖，清晰地顯示出由春入夏北半球二氧化碳濃度降低的趨勢，表明了生態(tài)系統(tǒng)隨季節(jié)變化的“固碳”作用；分布圖也反映出人類活動(dòng)頻繁地區(qū)二氧化碳濃度高的現(xiàn)象。

全球碳通量數(shù)據(jù)集

中國碳衛(wèi)星（TanSat）監(jiān)測全球碳源匯示意圖

2021年8月15日，來自中國科學(xué)院大氣物理研究所等單位的研究人員利用先進(jìn)的碳通量計(jì)算系統(tǒng)，基于我國第一顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星中國碳衛(wèi)星的大氣二氧化碳含量觀測數(shù)據(jù)，獲取了中國碳衛(wèi)星首個(gè)全球碳通量數(shù)據(jù)集。這是一個(gè)里程碑式的結(jié)果，標(biāo)志著我國具備了全球碳收支的空間定量監(jiān)測能力，是國際上繼日本、美國之后的第三個(gè)具備該技術(shù)的國家。

全球盤點(diǎn)有助于了解二氧化碳減排、增匯等行動(dòng)對(duì)氣候變化趨勢的影響，衛(wèi)星遙感將在全球統(tǒng)一、無偏差的碳收支核算中發(fā)揮重大作用。

中國的碳衛(wèi)星是我國第一代溫室氣體監(jiān)測專用衛(wèi)星，是繼日本和美國之后的第三顆全球“嗅碳”衛(wèi)星。它的成功研制，實(shí)現(xiàn)了空間溫室氣體高精度監(jiān)測的從無到有，后續(xù)在軌穩(wěn)定運(yùn)行，將填補(bǔ)我國在溫室氣體檢測方面的技術(shù)空白，其成果對(duì)我國掌握全球變暖的變化規(guī)律和全球碳排放分布，提高我國在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的國際話語權(quán)等方面具有重要意義。

未來，我國將以碳衛(wèi)星的研究成果為基礎(chǔ)，研發(fā)新一代的溫室氣體監(jiān)測衛(wèi)星，服務(wù)于全球和我國雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

籮筐分享轉(zhuǎn)載自地質(zhì)封存低碳技術(shù)研究，文中觀點(diǎn)僅供分享交流，不代表本號(hào)立場，如涉及版權(quán)等問題，請(qǐng)您告知，我們將及時(shí)處理。