碳匯監(jiān)測(cè)精確到縣域尺度，“句芒號(hào)”是怎么做到的？

?監(jiān)測(cè)森林碳匯，準(zhǔn)確評(píng)估全球的碳匯能力，關(guān)系到國(guó)際碳匯計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的確立以及國(guó)家間減排責(zé)任的分配 本文+內(nèi)-容-來(lái)-自；中^國(guó)_碳+排.放_(tái)交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om

?若要為政府的植樹造林規(guī)劃、碳交易等提供決策依據(jù)，碳匯監(jiān)測(cè)就要精確到市級(jí)乃至縣級(jí)尺度，摸清一個(gè)市、一個(gè)縣每年的碳匯貢獻(xiàn)是多少。這就是“句芒號(hào)”最主要的價(jià)值 本@文$內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

?團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將負(fù)責(zé)主動(dòng)探測(cè)的激光雷達(dá)和負(fù)責(zé)被動(dòng)探測(cè)的遙感相機(jī)，集成到同一臺(tái)載荷上。激光雷達(dá)通過(guò)點(diǎn)探測(cè)，獲得森林垂直高度信息，高分辨率遙感相機(jī)則通過(guò)面探測(cè)，獲取大范圍地面圖像，從而掌握森林面積、樹種等信息 本%文$內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳|排 放_(tái)交-易^網(wǎng)^t an pa i fang . c om

　　文 |《瞭望》新聞周刊記者 魏雨虹 本+文`內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

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　　實(shí)現(xiàn)碳中和要盯緊森林資源。為把準(zhǔn)森林碳匯，我國(guó)發(fā)射了一顆“星”。 內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　2022年8月4日11時(shí)08分，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星“句芒號(hào)”在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征四號(hào)乙遙四十運(yùn)載火箭成功發(fā)射，這也是全球第一顆聚焦監(jiān)測(cè)森林碳匯的衛(wèi)星。 本文+內(nèi)-容-來(lái)-自；中^國(guó)_碳+排.放_(tái)交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om

　　句（gōu）芒，中國(guó)古代民間神話中的木神，主管樹木發(fā)芽生長(zhǎng)。由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司第五研究院遙感衛(wèi)星總體部抓總研制的“句芒號(hào)”衛(wèi)星，主要任務(wù)則是監(jiān)測(cè)森林碳匯，服務(wù)于我國(guó)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)。 內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com

　　碳中和，意味著陸地和海洋碳匯等加起來(lái)對(duì)二氧化碳的吸收，能夠與碳排放正負(fù)抵消，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)的零排放。森林作為陸地最大碳庫(kù)，碳儲(chǔ)備能力占陸地生態(tài)系統(tǒng)的80%以上。其強(qiáng)大的碳匯功能及碳匯提升潛力，對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)作用重大。

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　　“句芒號(hào)”衛(wèi)星總體主任設(shè)計(jì)師黃縉告訴《瞭望》新聞周刊，衛(wèi)星目前處于在軌測(cè)試階段，地面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)校和預(yù)處理工作于今年2月基本完成，應(yīng)用系統(tǒng)已開始用標(biāo)校后的數(shù)據(jù)反演森林碳匯，將為我國(guó)碳中和目標(biāo)下的減排政策提供數(shù)據(jù)支撐。

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　　森林碳匯監(jiān)測(cè)需更高效精確 本+文+內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)-碳-排-放（交—易^網(wǎng)-tan pai fang . com

　　實(shí)現(xiàn)碳中和需要對(duì)森林碳匯進(jìn)行高效監(jiān)測(cè)。這是由森林碳匯的重要性、人為可干預(yù)性決定的。 本+文`內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

　　“句芒號(hào)”衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師曹海翊告訴記者，森林是可以通過(guò)植樹造林方式進(jìn)行人為干預(yù)的最大碳庫(kù)。從技術(shù)層面看，借助激光雷達(dá)和遙感相機(jī)，森林碳匯監(jiān)測(cè)是可以做到的。 禸*嫆唻@洎：狆國(guó)湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

　　“監(jiān)測(cè)森林碳匯，準(zhǔn)確評(píng)估全球的碳匯能力，關(guān)系到國(guó)際碳匯計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的確立以及國(guó)家間減排責(zé)任的分配。”曹海翊說(shuō)，“我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和需要這顆星。” 本/文-內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com

　　“句芒號(hào)”之前，科學(xué)界更多用大氣反演計(jì)算方法對(duì)碳匯進(jìn)行宏觀估算，通過(guò)觀測(cè)二氧化碳濃度變化，間接推算出碳匯變化。 本@文$內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

　　在對(duì)碳匯的精確測(cè)量上，由于此前的遙感衛(wèi)星只能做到觀測(cè)植被覆蓋面積，人工測(cè)量是監(jiān)測(cè)森林碳匯的重要手段。它需要測(cè)量人員步入森林中，測(cè)量樹木的高度、胸徑等。“關(guān)鍵是效率不夠。如果我們每年出臺(tái)一次碳匯清單，人工測(cè)量的效率難以滿足，衛(wèi)星則能做到每幾個(gè)月就把全國(guó)碳匯監(jiān)測(cè)一遍。”黃縉說(shuō)。 本`文內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

　　黃縉說(shuō)，我國(guó)尚且處于中幼期的人工林，成長(zhǎng)速度要比自然林快，意味著這些森林的碳匯變化速率也快，其碳匯尤其需要比人工測(cè)量更高效的監(jiān)測(cè)手段來(lái)捕捉。 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

　　中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所研究員劉毅介紹，部分快速生長(zhǎng)的人工林其收割周期，小于傳統(tǒng)的5至10年一次的人工測(cè)量碳匯周期，這部分樹木的碳匯貢獻(xiàn)就此被忽略。

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　　國(guó)際研究也證實(shí)中國(guó)森林碳匯被低估。2020年，國(guó)際科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)實(shí)地考察以及衛(wèi)星觀測(cè)得出中國(guó)西南地區(qū)和東北地區(qū)的新造樹林吸收二氧化碳規(guī)模被低估，這一研究成果刊登在《自然》（Nature）科學(xué)期刊上。 內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

　　中國(guó)科學(xué)院院士樸世龍表示，我國(guó)植樹造林的年限較短，目前森林資源基本上以中幼林為主，占比約61%，這些中幼林的碳匯在未來(lái)才會(huì)達(dá)到峰值。

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　　“衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的必要性與優(yōu)勢(shì)，就在于即時(shí)、快速、準(zhǔn)確獲取我國(guó)乃至全球的森林碳匯儲(chǔ)備。”曹海翊說(shuō)，不同于之前的遙感衛(wèi)星只能做到觀測(cè)植被覆蓋面積，“句芒號(hào)”實(shí)現(xiàn)了對(duì)森林植被的多維立體監(jiān)測(cè)。 本+文內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

　　記者了解到，“句芒號(hào)”監(jiān)測(cè)森林碳匯的過(guò)程是，先通過(guò)監(jiān)測(cè)樹高、樹的輪廓等，測(cè)算出森林植被的蓄積量（植被的體積），蓄積量結(jié)合樹種可測(cè)出植被的生物量（植被的干重），生物量乘以該樹種的含碳系數(shù)，最終得到碳匯。 本`文@內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

　　黃縉說(shuō)：“對(duì)碳匯的宏觀估算，可以服務(wù)于科學(xué)研究，但是，若要為政府的植樹造林規(guī)劃、碳交易等提供決策依據(jù)，碳匯監(jiān)測(cè)就要精確到市級(jí)乃至縣級(jí)尺度，摸清一個(gè)市、一個(gè)縣每年的碳匯貢獻(xiàn)是多少。這就是‘句芒號(hào)’最主要的價(jià)值。”

　　精益求精打磨“句芒號(hào)” 內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

　　曹海翊此前擔(dān)任過(guò)2012年發(fā)射的資源三號(hào)衛(wèi)星和2019年發(fā)射的高分七號(hào)衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師。她告訴本刊記者，2012年，激光雷達(dá)技術(shù)開始應(yīng)用到衛(wèi)星。“當(dāng)時(shí)高分七號(hào)衛(wèi)星已經(jīng)啟動(dòng)了，計(jì)劃搭載一個(gè)兩波束的激光雷達(dá)。從那時(shí)起，大家就開始琢磨，激光雷達(dá)還能多干點(diǎn)兒啥。” 內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳_0排放￥交-易=網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　國(guó)家林業(yè)局（現(xiàn)國(guó)家林業(yè)和草原局）提出用激光雷達(dá)技術(shù)測(cè)樹高的需求后，用激光雷達(dá)+遙感相機(jī)測(cè)出森林碳匯的想法出爐。“當(dāng)年，碳匯的概念還不像今天這么流行。”黃縉說(shuō)。

　　從確定目標(biāo)到“句芒號(hào)”發(fā)射升空，經(jīng)歷了大約10年時(shí)間。“怎么把蓄積量、生物量、生產(chǎn)力這些林業(yè)概念轉(zhuǎn)換成衛(wèi)星技術(shù)概念？用什么樣的載荷去測(cè)得什么樣的參數(shù)，才能反演出最終有效的碳匯值？”曹海翊說(shuō)，10年中，團(tuán)隊(duì)為研究透這些問(wèn)題，不斷和國(guó)家林業(yè)和草原局、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院、東北林業(yè)大學(xué)等單位溝通交流。

　　為了測(cè)森林植被蓄積量，“句芒號(hào)”上配置了多波束激光雷達(dá)、多角度多光譜相機(jī)；測(cè)植被生產(chǎn)力或者說(shuō)碳吸收程度，則靠一臺(tái)超光譜探測(cè)儀捕捉葉綠素?zé)晒?；最后還有一臺(tái)多角度偏振成像儀監(jiān)測(cè)大氣PM2.5含量，以去除大氣對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響。

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　　這些探測(cè)儀器集合到一塊兒后，并不是“排排坐”，圍繞測(cè)準(zhǔn)碳匯，還需要對(duì)各項(xiàng)手段的指標(biāo)進(jìn)行適配和優(yōu)化。 本`文@內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳排0放_(tái)交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

　　——測(cè)得一片森林的蓄積量，就需要知道樹木的高度，掌握樹木的輪廓，清楚森林的面積。“句芒號(hào)”借助多波束激光雷達(dá)，通過(guò)計(jì)算激光到樹冠和地面的時(shí)間差，算得樹木高度。衛(wèi)星每次測(cè)量發(fā)射激光的波束數(shù)量、頻次決定了測(cè)量精度。黃縉說(shuō)：“為此，激光雷達(dá)同時(shí)發(fā)射5個(gè)激光波束，每個(gè)波束一秒鐘內(nèi)打40個(gè)點(diǎn)，整顆衛(wèi)星一秒鐘打點(diǎn)高達(dá)200個(gè)。” 本*文@內(nèi)-容-來(lái)-自；中_國(guó)_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

　　對(duì)于樹木的輪廓，多角度多光譜相機(jī)可分別從垂直0度、正負(fù)19度、正負(fù)41度5個(gè)方向獲取同一地面景物的多光譜圖像數(shù)據(jù)，不僅能看清森林冠頂，還能看清其側(cè)面，了解森林的疏密分布、健康、長(zhǎng)勢(shì)等情況。

　　團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將負(fù)責(zé)主動(dòng)探測(cè)的激光雷達(dá)和負(fù)責(zé)被動(dòng)探測(cè)的遙感相機(jī)，集成到同一臺(tái)載荷上。激光雷達(dá)通過(guò)點(diǎn)探測(cè)，獲得森林垂直高度信息，高分辨率遙感相機(jī)則通過(guò)面探測(cè)，獲取大范圍地面圖像，從而掌握森林面積、樹種等信息。

　　——森林通過(guò)光合作用吸收二氧化碳的量是有限的，當(dāng)其達(dá)到某個(gè)飽和點(diǎn)或者說(shuō)一定的樹齡后，對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)將可能大大減弱。這就需要通過(guò)捕捉葉綠素?zé)晒猓瑏?lái)了解植被的光合作用強(qiáng)弱，掌握植被的碳吸收能力。

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　　葉綠素?zé)晒獾墓庾V范圍狹窄，只有100多納米的寬度。為此，團(tuán)隊(duì)努力將超光譜探測(cè)儀的光譜分辨率較傳統(tǒng)提升10倍，有效地“抓住”躲藏在某個(gè)漸變色角落里的葉綠素?zé)晒狻?/font>