（圖片源自網(wǎng)絡）

隨著大氣探測和模型模擬技術的飛速發(fā)展，通過大氣二氧化碳濃度觀測溯源碳排放的方法，被認為是評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實驗衛(wèi)星TanSat，成為全球第3個可提供碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的國家。

監(jiān)測全球CO2濃度，觀測和模擬同時進行

碳衛(wèi)星，全稱“全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星”。運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進行，旨在應對全球氣候變化、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，利用高性能計算機，模擬出大氣二氧化碳傳輸過程和每一個時刻、每一個地方大氣二氧化碳的含量，并與衛(wèi)星觀測協(xié)調(diào)一致，得到一個最接近真實的碳通量數(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總共僅有數(shù)百個，難以滿足監(jiān)測需求。碳衛(wèi)星在一定程度上為這個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，識別出哪些氣體是二氧化碳，還要畫出一張張“動態(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，搭載了一臺高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀。這臺探測儀的工作原理，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，準確、實時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。在繞地球兩極運行的過程中獲取全球二氧化碳濃度信息，以準確展示人類活動與自然體系是如何排放和吸收這種溫室氣體的。

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

對比碳衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)， 可計算出世界不同地區(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。這臺成像儀可以測量云、大氣顆粒物等輔助信息，為科學家精確反向推演二氧化碳濃度剔除干擾因素，還可以幫助氣象學家提高天氣預報的準確性，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

作為一顆標準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，來自中國科學院大氣物理研究所等單位的研究人員利用先進的碳通量計算系統(tǒng)，基于我國第一顆全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(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)星首個全球碳通量數(shù)據(jù)集。這是一個里程碑式的結果，標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、美國之后的第三個具備該技術的國家。

全球盤點有助于了解二氧化碳減排、增匯等行動對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)定運行，將填補我國在溫室氣體檢測方面的技術空白，其成果對我國掌握全球變暖的變化規(guī)律和全球碳排放分布，提高我國在應對全球氣候變化的國際話語權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，研發(fā)新一代的溫室氣體監(jiān)測衛(wèi)星，服務于全球和我國雙碳目標的實現(xiàn)。

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