全球气温升幅仅余0.8℃，中国碳卫星研究有成果了

5年前的今天，中美两国共同宣布完成《巴黎协定》国内批准程序，并正式向联合国交存批准文书，两个月后正式生效的《巴黎协定》成为历史上批约生效最快的国际条约之一。协定包含一项国际共识，即全球平均气温升幅需要控制在比工业化前高出2℃以内，才能减少气候变化带来的风险和影响。而2020年的全球平均温度已经比工业化前的水平高出约1.2℃，在全球减排刻不容缓的情势下，中国碳卫星研究喜获里程碑式成就。

因气候变化北极乃至全球的冰川加速融化，北极圈动物危在旦夕。下面这张照片拍摄于挪威，北极熊在支离破碎的浮冰上几乎找不到可以塞牙缝的食物，原本浑圆滚胖的它已经瘦脱了相。触目惊心的个例，警示着我们全球变暖的事实。

下方的图表是2018年的南极冰川溶蚀监测模型。左图（陆地最低点上升速率）对比右图（标准差）颜色更深，面积更广，显示南极外围冰盖正在加速溶蚀。

二、全球减排刻不容缓

全球变暖如一张巨网，正以肉眼可见的速度席卷全球。二氧化碳是地球大气的重要组成部分，虽然绝对含量并不高，体积仅占整个大气的0.03%，但它会产生较强的温室效应，被认为是造成全球变暖的关键原因之一。

从上图可见，二氧化碳累积排放量和全球温度升高呈高度正相关。历史资料（细黑线）显示从1850年-2019年观测的全球平均表面温度和历史累积二氧化碳排放的关系。彩色区域表示不同情景下预估的全球平均温度变化和累积二氧化碳排放的关系。

小TIPS：大气中最主要的温室气体实际上是水汽（H₂O），它占据了整体温室效应中的60%-70%。但由于水循环的缘故，水汽的时空分布变化十分剧烈，而且几乎不受人为因素影响，因此在考虑温室气体减排时，一般不会将它纳入。

近日，中国科学院大气物理研究所根据我国首颗全球二氧化碳监测实验卫星（TanSat）获取的二氧化碳观测结果，制作了首个全球碳通量数据集。该成果发表在《大气科学进展》杂志，数据集也将通过中国碳卫星数据服务平台（CASA）向全球用户公开。

这是一个里程碑式的成就，标志着我国具备了全球碳收支的空间定量监测能力。

为了减缓二氧化碳过度排放造成的气候变化，自90年代以来已有多个国际公约签署实施，需要定期评估各国温室气体减排的实际行动，加强对碳排放的约束。那么，我们就需要算一笔碳收支的分账和总账，分别作为各国和全球减排的理论依据，并增强气候预测结果的可信度。

2016年由全球178个缔约方共同签署了《巴黎协定》（根据联合国网站，截止2021年8月26日，已有195个缔约方签署了《巴黎协定》，191个缔约方批准了《巴黎协定》），协定提出自2023年起，每五年将进行一次全球范围的盘点，以评估各国在减缓气候变化中的实际贡献。同时大会达成一项国际共识，全球平均气温升幅需要控制在比工业化前（1850-1900年）高出2℃以内，才能减少气候变化带来的风险和影响。

然而，根据联合国气象组织的报告，2020年是有记录以来的三个最暖年份之一，2020年的全球平均温度已经比工业化前的水平高出约1.2℃。也就是说，距离《巴黎协定》的目标，我们仅剩下0.8℃的空间了。

三、中国解决方案

在全球减排刻不容缓的形势下，目前碳循环监测面临的最大问题，是难以在全球获取高精度高时间分辨率的碳通量信息。现有的各种监测手段中，只有卫星既能对二氧化碳浓度进行高精度探测，又能获取全球各区域的气体浓度分布数据，与地面观测形成有效互补。

中国TanSat卫星，便是在这样的需求下应运而生。它于2016年底在我国酒泉卫星发射基地顺利升空，运行于距地球700千米的轨道上，是继日本、美国后的世界第三颗二氧化碳监测卫星，能够针对全球大气二氧化碳的浓度和分布，进行实时的高精度监测。

上图选取了4个月中TanSat获取的全球陆地范围CO₂月度分布地图纵横坐标轴分别代表纬度与经度，体积浓度从深蓝→白→深红递增。

TanSat卫星突破了多项核心技术

（一）高精度载荷技术

它搭载了主载荷“高光谱与高空间分辨率大气二氧化碳探测仪”和辅助载荷“多谱段云和气溶胶偏振成像仪”。其中主载荷二氧化碳探测仪设有3个通道，不仅能对全球大气中二氧化碳浓度进行动态监测，还能以反演植被叶绿素荧光的方式来估算全球植被光合生产力，这两方面的数据协同将能极大提升全球碳源汇观测能力——例如对北美玉米带、欧洲平原、亚马逊雨林等区域的植被生产力数据实现准确测算。

（二）高精度综合定标技术

根据不同的海陆观测模式，卫星可以调整其姿态和位置。为了确保观测的精度，除了组网负责接收处理数据的接收站以外，还有六个地面监测站负责辅助检查数据。同时，卫星也可以分别瞄准太阳和月球，进行明暗信号的定标校准。

（三）高精度反演算法

在传统的卫星遥感过程中，二氧化碳面临的挑战是精度要求高、干扰因素多、反演难度大。为此，中科院大气物理研究所研发了新的数据反演算法，在软硬件的协同配合下，实现了精度与效率的双重提升。观测数值经过与模拟数值的同化后，可以得到最接近真实情况的数值。

将中国TanSat卫星与美日的碳观测卫星对比，所获取数据在空间格局、季节变化特征及数值范围、均值、分布等一致较好，这表明我国碳观测已达到国际领先水平。

四、技术成果意义

在气象研究上，如果没有精准的第一手数据资料，就容易导致盲人摸象的片面解读，进而引发错误决策。因此量化碳数据并使其直观化，显得尤为必要。

鉴于各个国家和地区碳减排潜力具有差异性，利用碳通量产品可以辅助减排决策，基于碳足迹的相关模型，可供计算一些生产活动的更优解：某块土地更适合用于种植园还是农用林；更适合自然再生还是辅助再生；氮肥应当如何施加，才能在更低成本与更小排放之间实现最优平衡等等。

如今TanSat卫星为我们获取了高精度、大尺度的第一手气候数据，能够为政府间决策提供有力的评估结果，中国的话语权将得到极大提升，在全球气候进程中扮演更重要的角色。

TanSat卫星属于我国第一代温室气体监测专用卫星，我国的二氧化碳观测从无到有，进而达到国际先进水准，是它迈开了重要且艰难的第一步。TanSat的工作状态良好，超过其原定三年的设计寿命。未来，我国还将研发新一代的温室气体监测卫星，服务于全球和我国双碳目标（2030碳达峰，2060年碳中和）的实现。

我国高度重视应对气候变化与生态环境保护，秉持人类命运共同体理念，愿与世界人民携手共建人与自然和谐共生的美丽世界。在世界各国达成共识，并切实付诸努力的情势下，我们有理由期待，一颗蔚蓝色的星球，将在不远的未来拂去碳尘，展露光彩。