全球碳排放有了中国数据

　　12月22日凌晨，中国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（以下简称“碳卫星”）在酒泉成功发射，将监测大气中二氧化碳浓度1%的细微变化，给出二氧化碳不同季节、不同地区排放的“体检报告”，提升中国在气候变化谈判等问题上的国际话语权。

　　■ 为什么要发射碳卫星

　　过去150年来，大气中二氧化碳的浓度从280ppm（百万分之一）上升到400ppm，二氧化碳等温室气体引发的“温室效应”，被看作是全球变暖的罪魁祸首。但各国排放了多少二氧化碳，它又怎么在全球流动，全球至今缺乏完备、可信服的基础数据。

　　“动态监测二氧化碳排放，对人类更好地应对和减缓气候变化的影响有很重要的意义。” 碳卫星首席应用科学家、国家卫星气象中心总工程师卢乃锰说。

　　卢乃锰介绍说，发射卫星到太空监测之前，人类通过地面站点监测二氧化碳排放情况。虽然地面观测的绝对精度比卫星观测精度高，但地面监测站数量有限，没法得出全球范围二氧化碳的空间分布情况。截至2010年，全球的二氧化碳地面观测站点仅200多个，且不能监测到海洋上空大气中二氧化碳的含量。“要把全球情况搞清楚，只靠地面观测远远不够。”

　　利用卫星监测二氧化碳成为科技发达国家竞争的焦点。早在2009年，日本发射了世界首颗温室气体观测卫星（GOSAT）。2014年，美国成功发射了二氧化碳监测卫星OCO—2。去年底，美国国家航空航天局公布了首张全球二氧化碳分布图。

　　“我们不仅要知道自己家里的情况，还要知道其他国家的情况，才能掌握全球气候谈判和未来碳交易的主动权。” 卢乃锰说。

　　■ 如何监测二氧化碳

　　碳卫星发射成功并经过半年的在轨测试后，将正式投入运行，16天完成一个回归周期，每2—3个月，完成一次全球有效覆盖。碳卫星获取的信息经过解析和处理，就会形成不同地区碳排放报告。

　　碳卫星给全球做“碳普查”，基于大气吸收池原理。通俗地说，卫星从太空观测经地表反射的太阳光，太阳的光谱是确定的，但大气层中不同气体成分，吸收的光是不一样的。比如，二氧化碳在近红外至短波红外波段有较多的气体吸收，从而能形成有独特身份标识的大气吸收光谱。某个区域大气层中二氧化碳浓度轻微的变化，就会带来吸收光谱线强度的变化，碳卫星记录的就是这些光谱信息。

　　碳卫星二氧化碳探测仪负责人、中科院长春光机所研究员郑玉权解释说，碳卫星精细测量后得到光谱吸收线，光谱线信息通过数据的方式传输到地面，再通过模型反演出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，借助数据分析模型，就可推演出全球二氧化碳的通量变化，及二氧化碳在全球的流动情况，从而获得研究全球碳循环的基础核心数据。

　　“以往气象卫星所涉及到的反演问题，大多集中在红外和微波谱段，而碳卫星所涉及到的是可见光和近红外谱段的反演问题，机理不同，难度加大。这需要考虑云与气溶胶、气压、温度、反照率等多因素的影响，重新设计全新的反演验证系统。我们集中国内优势单位联合攻关，终于啃下了这块硬骨头，填补了国内技术空白。”卢乃锰说。

　　■ 光谱分辨精度有多高

　　国家卫星气象中心副主任、碳卫星地面应用系统总指挥张鹏说，大气中二氧化碳的浓度监测的精度优于4ppm，而大气中二氧化碳的浓度只有万分之四左右，也就是说，在如此低浓度的二氧化碳中，只要有1%的变化，探测仪就必须要监测发现。

　　郑玉权介绍，要获取高精度的大气吸收光谱，达到监测要求，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。这个探测仪实现了天基0.04纳米级超高光谱分辨率，拥有2000多个通道，对光谱的解析达到了极其精细的程度。

　　郑玉权说，碳卫星还搭载了另一台载荷——云与气溶胶探测仪。该探测仪主要测量云、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。获取的全球尺度气溶胶数据，还可以帮助气象学家提高天气预报的准确性，为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。

　　■ 碳卫星太空如何工作

　　卢乃锰形象地说：“这颗卫星需要在太空中‘跳舞’，既要会‘跳华尔兹’，还要能‘翻筋斗’。”

　　为什么要“跳舞”？这是因为卫星观测模式比较复杂，需要在太空不停地旋转，要斜着看、竖着看、盯着看。斜着看，就是耀斑观测模式，利用太阳在海面的镜面反射提高信噪比，获取海面上空的二氧化碳数据；竖着看，即天底观测模式，利用地面的漫反射特性开展地面二氧化碳的观测；盯着看，就是卫星在飞行过程中，始终瞄准一个特定目标进行观测，完成既定任务。除此之外，碳卫星还要观测太阳和月亮，进行对日、对月定标。

　　卢乃锰说，监测全球二氧化碳，一两颗卫星远远不够，我国发射的全球第三颗，不久的将来，欧洲也将加入碳卫星计划。“我们希望这颗卫星和其他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丰富的监测数据”。

　　据介绍，我国已经制定了数据管理办法，将适时对外发布。碳卫星数据将加载到国家综合地球观测数据共享平台，除向国内各类用户提供数据共享服务外，还将通过全球生态环境遥感监测年度报告发布专题报告。