全球碳盤點(diǎn)，衛(wèi)星來(lái)幫忙

 

中國(guó)的碳衛(wèi)星監(jiān)測(cè)解決方案正在部署中

 

全球碳盤點(diǎn)不僅需要衛(wèi)星遙感提供高時(shí)空分辨率大氣CO2等觀測(cè)數(shù)據(jù)，更需要通過(guò)觀測(cè)系統(tǒng)與同化反演系統(tǒng)集成，提供高時(shí)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(cè)能力得到了有效提高，但是任何單獨(dú)一顆衛(wèi)星都無(wú)法滿足CO2和CH4全球探測(cè)的需求。根據(jù)科學(xué)目標(biāo)將多顆衛(wèi)星組成一個(gè)虛擬的衛(wèi)星星座，開(kāi)展多顆衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)是滿足快速增長(zhǎng)的全球業(yè)務(wù)化觀測(cè)需求的有效途徑。

 

同時(shí)，第二代碳衛(wèi)星的核心目標(biāo)是服務(wù)于全球碳盤點(diǎn)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(cè)能力，還需要通過(guò)同化反演系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)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(duì)中國(guó)下一代碳衛(wèi)星在溫室氣體清單校核需求目標(biāo)、科學(xué)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)以及衛(wèi)星組網(wǎng)觀測(cè)能力需求方面提出了明確的要求，包括監(jiān)測(cè)CO2、CH4、CO、NO2、SIF、氣溶膠和N2O七種要素，并能達(dá)到較高精度；針對(duì)不同尺度設(shè)計(jì)了傳感器相應(yīng)的空間分辨率，在全球和熱點(diǎn)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)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(shí)間分辨率，幅寬達(dá)1000公里，以滿足觀測(cè)需求。

 

這對(duì)載荷研制提出了非常苛刻的要求，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(cè)要素的遙感反演算法研究基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)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(biāo)，包括設(shè)計(jì)了NO2、O2A，弱CO2、強(qiáng)CO2、CH4五個(gè)吸收帶，波長(zhǎng)范圍在0.4納米至2.385納米之間，光譜分辨率最高能達(dá)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(jìn)步，但衛(wèi)星成像監(jiān)測(cè)也受到軌道、天氣等諸多因素的影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)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(cè)、航空遙感等多源數(shù)據(jù)，才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)源、城市、國(guó)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(guó)氣象局、中國(guó)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)正在組織和實(shí)施大范圍地基溫室氣體觀測(cè)任務(wù)，已初步建成、并正在逐步完善國(guó)家溫室氣體觀測(cè)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(guó)碳達(dá)峰、碳中和行動(dòng)成效的科學(xué)評(píng)估與碳排放核算提供了重大機(jī)遇。

 

科學(xué)家提出，為了實(shí)現(xiàn)面向碳盤點(diǎn)的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)目標(biāo)，需要優(yōu)先部署如下7個(gè)方面任務(wù)：開(kāi)展下一代碳衛(wèi)星研發(fā)與運(yùn)行，服務(wù)于全球和重點(diǎn)區(qū)域碳監(jiān)測(cè)需求；針對(duì)中國(guó)下一代碳衛(wèi)星及載荷指標(biāo)特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，開(kāi)展高精度碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星遙感科學(xué)關(guān)鍵技術(shù)研究和共享產(chǎn)品研發(fā)；面向全球碳盤點(diǎn)的需求，開(kāi)展高時(shí)空分辨率、高精度、高時(shí)效性的碳排放清單的衛(wèi)星校驗(yàn)方法研究；面向重要點(diǎn)源目標(biāo)碳排放衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的需求，推進(jìn)重要點(diǎn)源碳排放衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)；面向全球碳盤點(diǎn)和國(guó)家碳中和需求，發(fā)展高時(shí)空分辨率、高精度、長(zhǎng)時(shí)間序列的全球生態(tài)系統(tǒng)碳通量監(jiān)測(cè)技術(shù)；面向全球碳盤點(diǎn)和國(guó)家碳中和需求，發(fā)展高時(shí)空分辨率、高精度、長(zhǎng)時(shí)間序列的全球土地利用碳排放監(jiān)測(cè)技術(shù)；圍繞全球碳盤點(diǎn)和國(guó)家碳中和戰(zhàn)略對(duì)空間信息技術(shù)的需求，推進(jìn)碳衛(wèi)星科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目集成與國(guó)際合作。

 

面向全球碳盤點(diǎn)和中國(guó)雙碳目標(biāo)需求，需要利用衛(wèi)星遙感、大數(shù)據(jù)、碳同化等先進(jìn)技術(shù)和方法，實(shí)現(xiàn)高時(shí)空分辨率、高精度、高時(shí)頻的大氣溫室氣體濃度監(jiān)測(cè)，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(xué)數(shù)據(jù)，闡明大氣溫室氣體的來(lái)源、并有效區(qū)分與量化人為源和自然源的通量貢獻(xiàn)，建立全球、國(guó)家和熱點(diǎn)區(qū)域的溫室氣體排放的監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證支撐技術(shù)體系。

 

（作者：劉良云，系中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院研究員）