全球碳盤點(diǎn)，衛(wèi)星來(lái)幫忙

 

國(guó)際衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)委員會(huì)明確提出，將在2025年形成星座業(yè)務(wù)化運(yùn)行，支撐2028年全球碳盤點(diǎn)

 

基于傳統(tǒng)地面站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，難以準(zhǔn)確了解溫室氣體的源匯變化特征和機(jī)制。而衛(wèi)星遙感具有客觀、連續(xù)、穩(wěn)定、大范圍、重復(fù)觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，也正在成為新一代、國(guó)際認(rèn)可的全球碳盤點(diǎn)方法。國(guó)際衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)委員會(huì)明確提出，將在2025年形成星座業(yè)務(wù)化運(yùn)行，支撐2028年全球碳盤點(diǎn)。

 

迄今，國(guó)際上歐洲、日本、美國(guó)、加拿大和中國(guó)相繼發(fā)射了具備大氣CO2濃度觀測(cè)能力的衛(wèi)星。日本于2009年成功發(fā)射GOSAT衛(wèi)星，這是第一顆專門用于大氣溫室氣體CO2和CH4探測(cè)的衛(wèi)星，至今運(yùn)行良好，后續(xù)的GOSAT系列衛(wèi)星則致力于實(shí)現(xiàn)更高精度、更強(qiáng)空間覆蓋能力。美國(guó)在溫室氣體遙感探測(cè)方面走在國(guó)際前列——2021年12月，美國(guó)白宮發(fā)布了《美國(guó)空間優(yōu)先框架》，明確美國(guó)將優(yōu)先支持應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)的衛(wèi)星遙感計(jì)劃，通過(guò)政府、私營(yíng)和慈善機(jī)構(gòu)之間的合作，利用地球觀測(cè)數(shù)據(jù)支持美國(guó)和國(guó)際社會(huì)應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)。

 

中國(guó)近年來(lái)在溫室氣體衛(wèi)星遙感探測(cè)方面也是突飛猛進(jìn)。2016年12月，首顆碳衛(wèi)星發(fā)射，這是中國(guó)自主研制的全球大氣二氧化碳觀測(cè)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，其數(shù)據(jù)在全球大氣CO2濃度、葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測(cè)等方面取得系列重要成果。2018年5月，高分五號(hào)衛(wèi)星成功發(fā)射，搭載的溫室氣體監(jiān)測(cè)儀GMI的主要功能是定量監(jiān)測(cè)CO2和CH4的全球濃度分布變化。

 

同時(shí)，我國(guó)還在不斷醞釀新的衛(wèi)星計(jì)劃。未來(lái)計(jì)劃發(fā)射的風(fēng)云三號(hào)08星上搭載的高光譜溫室氣體監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)對(duì)近紅外、短波紅外譜段連續(xù)高精度、高光譜分辨率、高空間分辨率和高采樣率觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)全球大氣溫室氣體的高精度定量反演。2022年4月發(fā)射的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是國(guó)際首顆搭載CO2探測(cè)激光雷達(dá)的衛(wèi)星。

 

衛(wèi)星還要掌握哪些“本領(lǐng)”？

 

不僅能“看”，還要能“算”

 

當(dāng)前衛(wèi)星遙感可以探測(cè)大氣CO2濃度，但是對(duì)于決策部門而言，更想了解大氣CO2的來(lái)源并提取出其中來(lái)自人類活動(dòng)排放的部分。這對(duì)衛(wèi)星遙感系統(tǒng)而言是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

 

利用衛(wèi)星開展生態(tài)系統(tǒng)碳匯估算的方法主要分為三類：基于溫室氣體濃度探測(cè)的同化反演的“自上而下”方法、基于生態(tài)過(guò)程模型模擬的“自下而上”方法以及基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型方法。然而，各種方法的碳源匯估算均存在不確定性。

 

總體來(lái)說(shuō)，全球碳源匯的巨大不確定性既源于碳循環(huán)模式的理論和認(rèn)知缺陷，又包括缺乏精細(xì)時(shí)空分辨率的觀測(cè)數(shù)據(jù)。由國(guó)際地圈-生物圈計(jì)劃、全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃和世界氣候研究計(jì)劃共同發(fā)起了全球碳計(jì)劃,其關(guān)鍵是準(zhǔn)確量化全球碳循環(huán)格局和變率。我國(guó)于2010年啟動(dòng)的全球變化研究國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃、2016年啟動(dòng)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“全球變化及應(yīng)對(duì)”專項(xiàng)中，摸清生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)均為核心任務(wù)之一。2017年立項(xiàng)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“全球生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)關(guān)鍵參數(shù)立體觀測(cè)與反演”，其核心任務(wù)是研制覆蓋全球、參數(shù)完備、時(shí)空分辨率精細(xì)、連續(xù)一致的碳循環(huán)關(guān)鍵參數(shù)產(chǎn)品，共包含24種全球碳循環(huán)關(guān)鍵參數(shù)的長(zhǎng)時(shí)間序列空間觀測(cè)產(chǎn)品。這些豐富的碳循環(huán)關(guān)鍵參數(shù)產(chǎn)品，為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源匯的動(dòng)態(tài)精細(xì)評(píng)價(jià)提供了重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

 

除了提高觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量與數(shù)量，還需考慮如何充分利用大量多源的觀測(cè)資料，協(xié)同地面和遙感技術(shù)手段，降低模型不確定性，可以進(jìn)一步提高模型估計(jì)陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳速率準(zhǔn)確性。

 

我們認(rèn)為，全球碳同化系統(tǒng)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。聯(lián)合同化衛(wèi)星和地面大氣CO2濃度、站點(diǎn)通量數(shù)據(jù)、遙感地表參數(shù)等數(shù)據(jù)，同時(shí)優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)和人為源碳通量是全球碳同化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。2016年，南京大學(xué)發(fā)展了全球碳同化系統(tǒng)，能更好地揭示不同地區(qū)陸地碳匯的時(shí)空分布和年際變化，該系統(tǒng)已經(jīng)具備了業(yè)務(wù)運(yùn)行能力。

 

由于人為源碳排放和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量混合，如何利用碳同化系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算人為源碳排放，是科學(xué)家們力圖解決的重要問(wèn)題，也是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要技術(shù)需求。發(fā)展區(qū)域高分辨率碳同化系統(tǒng)同化大氣濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)，是進(jìn)行人為源碳排放優(yōu)化估算的有效手段。 本`文@內(nèi)-容-來(lái)-自；中^國(guó)_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m