小个子有大本领，看“碳卫星”如何让碳排放无处遁形

　　原标题：小个子有大本领，看“碳卫星”如何让碳排放无处遁形

　　为了应对全球气候变化、全面监测全球二氧化碳浓度分布情况，我国即将发射首颗二氧化碳观测科学实验卫星TANSAT，这是暨日本GOSAT卫星和美国OCO-2卫星之后的第三颗全球“嗅碳”卫星。

　　TANSAT卫星无疑是一颗具有极其重要意义的科学实验卫星，国家遥感中心总工程师李加洪曾说“中国政府研制并发射碳卫星，对全球大气中二氧化碳浓度进行动态监测，进而给出全球碳分布数据，不仅是中国应对全球气候变化采取的积极行动，而且也体现了负责任大国的担当。”

　　那么碳卫星肩负着怎样的使命？到底身怀什么样的绝技，才能够让“碳排放”无处遁形？中国碳卫星又将在国际碳监测中扮演什么角色呢？让我们一探究竟。

　　1、身负光荣使命

　　早在1992年世界各国即签署了《联合国气候变化框架公约》，旨在将大气二氧化碳浓度稳定在某一水平上以防止人类活动严重干扰气候系统。之后，数次全球范围内的气候大会，都显示出国际社会对温室气体排放导致全球气候变化的普遍认同，气候变化问题已超越地缘政治成为关系人类命运的重要议题。

　　在节能减排刻不容缓的形式下，为了达到《巴厘路线图》的“三可”量化减排目标（可测量、可报告、可核查）和相应的计量方法，各国政府都迫切希望科学家们能拿出切实可行的测量方法和技术，为全球碳循环的研究提供可信的数据支持。

　　为了在全球和区域尺度获取碳循环研究所需的二氧化碳通量信息，星载二氧化碳探测技术成为“嗅碳”的首要突破点，然而极大的技术难度使目前全球仅有两颗卫星在轨工作。一是日本于2009年成功发射了温室气体观测卫星“呼吸”号（GOSAT）卫星，另一个是美国2014年发射的OCO-2卫星。也是在2015年12月22日，美国NASA公布了首张全球二氧化碳分布图，其中中低纬度部分地区的大气二氧化碳浓度突破了400ppm。

　　NASA公布的首张全球二氧化碳分布图

　　2009年，国家遥感中心组织专家组开始中国碳卫星的前期战略研究工作；2011年在863计划的支持下“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目（中国碳卫星）正式立项。项目目标研制并发射一颗“以高光谱二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪为主要载荷的高空间分辨率和高光谱分辨率全球二氧化碳监测科学实卫星”，建立高光谱卫星地面数据处理与验证系统，形成对全球、中国及其他重点地区大气二氧化碳浓度监测能力，监测精度达到1-4ppm。

　　2、一身过硬本领

　　碳卫星实现大气温室气体探测是基于大气吸收池原理，二氧化碳、氧气等气体在近红外至短波红外波段有较多的气体吸收，形成特征大气吸收光谱，对吸收光谱的强弱进行严格定量测量，综合气压、温度等辅助信息并排除大气悬浮微粒等干扰因素，应用反演算法即可计算出卫星在观测路径上二氧化碳的柱浓度。

　　通过对全球柱浓度的序列分析，并借助数据同化系统的一系列模型，可推演出全球二氧化碳的通量变化（单位时间通过单位面积的二氧化碳总量），这正是碳循环研究的核心数据基础。

　　要获取高精度的大气吸收光谱，就要依靠碳卫星的主载荷——高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。二氧化碳探测仪采用大面积衍射光栅对吸收光谱进行细分，能够探测2.06μm、1.6μm、0.76μm 三个大气吸收光谱通道，最高分辨率达到0.04nm，如此高的分辨率在国内光谱仪器的研制上尚属首次。

　　一个好汉三个帮，碳卫星另一台载荷——多谱段云与气溶胶探测仪可以测量云、大气颗粒物等辅助信息，为精确反演二氧化碳浓度剔除干扰因素。

　　当然，云与气溶胶探测仪作用还不仅于此，它还可以获取的全球尺度气溶胶数据，这不仅可以帮助气象学家提高天气预报的准确性，还可以为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。

　　碳卫星载荷系统

　　碳卫星最终实现全球观测，还需要卫星平台实现灵活的观测模式。二氧化碳探测仪与卫星平台配合，通过主平面天底和耀斑两种主要观测模式，才能对全球陆地和海面路径上二氧化碳的吸收光谱进行精确测量。为保证在轨获取光谱数据的精度，载荷需要进行对日、对月定标，这也需要卫星平台频繁调整姿态、翩翩起舞。中国碳卫星绝对是地球之上的灵魂舞者。

　　当然，仅有卫星是远远不能完成使命的，若要实现最终任务目标，需要多个大系统协调配合。在科技部、中国科学院的共同组织下，碳卫星按照航天工程模式，组成了卫星、运载、发射场、测控、应用五大系统。

　　碳卫星发射运行后，科学数据将依托风云系列地面接收站资源完成数据下传。这些数据并不是直接可用的二氧化碳浓度分布，需要经过气象学家进行高精度的全球二氧化碳分布反演计算，才能最终成为全球二氧化碳观测数据产品并共享发布。

　　3、大国担当的体现

　　气候问题是全人类共同面对的问题，解决气候问题、监测碳排放也是需要世界各国努力合作的问题。李加洪曾谈到：“做全球二氧化碳监测仅仅一两颗卫星是不够的，我国（碳卫星）是第三颗，欧洲也将碳卫星列入计划。我们希望通过这颗卫星和其他几个国家合作形成碳卫星‘虚拟星座’，联合观测大气二氧化碳，为全球气候变化提供更加丰富的监测数据”。

　　正如习近平总书记在巴黎气候大会发言时强调，“应对气候变化是人类共同的事业。”

　　中国碳卫星正是中国人民和中国政府积极参与应对气候问题、担负大国责任的体现。