全球碳盤點，衛(wèi)星來幫忙

 

中國的碳衛(wèi)星監(jiān)測解決方案正在部署中

 

全球碳盤點不僅需要衛(wèi)星遙感提供高時空分辨率大氣CO2等觀測數(shù)據(jù)，更需要通過觀測系統(tǒng)與同化反演系統(tǒng)集成，提供高時空分辨率的大氣CO2的溯源解析數(shù)據(jù)，如人為碳排放、生態(tài)系統(tǒng)碳源匯等。

 

盡管衛(wèi)星探測能力得到了有效提高，但是任何單獨一顆衛(wèi)星都無法滿足CO2和CH4全球探測的需求。根據(jù)科學目標將多顆衛(wèi)星組成一個虛擬的衛(wèi)星星座，開展多顆衛(wèi)星組網(wǎng)觀測是滿足快速增長的全球業(yè)務(wù)化觀測需求的有效途徑。

 

同時，第二代碳衛(wèi)星的核心目標是服務(wù)于全球碳盤點的清單校核，不僅要求衛(wèi)星載荷系統(tǒng)提供寬幅、高分辨率、高精度的觀測能力，還需要通過同化反演系統(tǒng)，監(jiān)測碳通量，并區(qū)分和量化人為碳排放。

 

為了滿足全球溫室氣體清單校核需求，對中國下一代碳衛(wèi)星在溫室氣體清單校核需求目標、科學產(chǎn)品技術(shù)指標以及衛(wèi)星組網(wǎng)觀測能力需求方面提出了明確的要求，包括監(jiān)測CO2、CH4、CO、NO2、SIF、氣溶膠和N2O七種要素，并能達到較高精度；針對不同尺度設(shè)計了傳感器相應的空間分辨率，在全球和熱點區(qū)域分別對應2公里×2公里，0.5公里×0.5公里的空間分辨率，并且具有1天的時間分辨率，幅寬達1000公里，以滿足觀測需求。

 

這對載荷研制提出了非?？量痰囊?，如何在工程技術(shù)上平衡光譜分辨率、信噪比、空間分辨率與幅寬的制約關(guān)系存在巨大挑戰(zhàn)。在碳衛(wèi)星觀測要素的遙感反演算法研究基礎(chǔ)上，結(jié)合當前載荷工程研制能力，初步確定了下一代碳衛(wèi)星載荷技術(shù)指標，包括設(shè)計了NO2、O2A，弱CO2、強CO2、CH4五個吸收帶，波長范圍在0.4納米至2.385納米之間，光譜分辨率最高能達到0.12納米。

 

盡管下一代碳衛(wèi)星比第一顆碳衛(wèi)星有巨大的飛躍和進步，但衛(wèi)星成像監(jiān)測也受到軌道、天氣等諸多因素的影響，無法實現(xiàn)連續(xù)動態(tài)觀測且分辨率不高，僅憑衛(wèi)星遙感難以取得滿意效果。因此，必須結(jié)合地基監(jiān)測、航空遙感等多源數(shù)據(jù)，才能實現(xiàn)點源、城市、國別尺度的溫室氣體排放的精確估算。目前，生態(tài)環(huán)境部、中國氣象局、中國科學院等機構(gòu)正在組織和實施大范圍地基溫室氣體觀測任務(wù)，已初步建成、并正在逐步完善國家溫室氣體觀測網(wǎng)絡(luò)，溫室氣體衛(wèi)星星座與地基網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，為中國碳達峰、碳中和行動成效的科學評估與碳排放核算提供了重大機遇。

 

科學家提出，為了實現(xiàn)面向碳盤點的衛(wèi)星監(jiān)測目標，需要優(yōu)先部署如下7個方面任務(wù)：開展下一代碳衛(wèi)星研發(fā)與運行，服務(wù)于全球和重點區(qū)域碳監(jiān)測需求；針對中國下一代碳衛(wèi)星及載荷指標特點，結(jié)合國內(nèi)外多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，開展高精度碳監(jiān)測衛(wèi)星遙感科學關(guān)鍵技術(shù)研究和共享產(chǎn)品研發(fā)；面向全球碳盤點的需求，開展高時空分辨率、高精度、高時效性的碳排放清單的衛(wèi)星校驗方法研究；面向重要點源目標碳排放衛(wèi)星監(jiān)測的需求，推進重要點源碳排放衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)；面向全球碳盤點和國家碳中和需求，發(fā)展高時空分辨率、高精度、長時間序列的全球生態(tài)系統(tǒng)碳通量監(jiān)測技術(shù)；面向全球碳盤點和國家碳中和需求，發(fā)展高時空分辨率、高精度、長時間序列的全球土地利用碳排放監(jiān)測技術(shù)；圍繞全球碳盤點和國家碳中和戰(zhàn)略對空間信息技術(shù)的需求，推進碳衛(wèi)星科學計劃項目集成與國際合作。

 

面向全球碳盤點和中國雙碳目標需求，需要利用衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、碳同化等先進技術(shù)和方法，實現(xiàn)高時空分辨率、高精度、高時頻的大氣溫室氣體濃度監(jiān)測，并提供高精度、高分辨率的人為源碳排放和生態(tài)系統(tǒng)碳源匯科學數(shù)據(jù)，闡明大氣溫室氣體的來源、并有效區(qū)分與量化人為源和自然源的通量貢獻，建立全球、國家和熱點區(qū)域的溫室氣體排放的監(jiān)測和驗證支撐技術(shù)體系。

 

（作者：劉良云，系中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院研究員）