中國碳衛星究竟有多牛? 監測碳排放，獲取首個全球碳通量資料集

二氧化碳是地球大氣的重要組成部分，因其會產生較強的溫室效應，被認為是造成氣候變化的關鍵原因。為減緩二氧化碳過度排放造成的氣候變化，1992年以來，《聯合國氣候變化框架公約》逐步對各國碳排放狀態加強約束。《巴黎協定》提出，2023年起，每五年進行一次全球盤點的計劃，以評估各國的實際行動在減緩氣候變化中的貢獻。

大氣二氧化碳濃度測量法依賴於觀測和模擬。在觀測方面，衛星遙感由於特殊的觀測地點和方式，可以在二氧化碳全球觀測中發揮較大作用，特別是在全球覆蓋高解析度的觀測上，能夠做到看得廣、看得清；而模擬則主要是透過大氣輸送模型，利用高效能計算機，模擬出大氣二氧化碳傳輸過程和每一個時刻、每一個地方大氣二氧化碳的含量。

▲2015年12月22日 NASA公佈的首張全球CO2分佈圖

碳衛星全稱“全球二氧化碳監測科學實驗衛星”，是由中國自主研製的首顆全球大氣二氧化碳觀測科學實驗衛星。這顆衛星搭載了一體化設計的兩臺科學載荷，分別是高光譜二氧化碳探測儀以及起輔助作用的多譜段雲與氣溶膠探測儀。

▲中國自主研製的全球大氣二氧化碳觀測科學實驗衛星

全球二氧化碳地面觀測站點總共僅有數百個，難以滿足監測需求，只有用衛星俯瞰，才能繪製二氧化碳分佈的全景圖。為有效掌握全球二氧化碳分佈情況，“十二五”國家863計劃設定了“全球二氧化碳監測科學實驗衛星與應用示範”重大專案（簡稱“碳衛星”）。

2016年12月22日3時22分，中國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將全球二氧化碳監測科學實驗衛星發射升空，這是我國首顆、全球第三顆專門用於監測全球大氣中二氧化碳含量的衛星。

由於技術難度極高，此前僅有兩顆衛星從太空監視地球溫室氣體排放

：一顆由日本2009年發射，一顆由美國2014年發射。

碳衛星以二氧化碳遙感監測為切入點，建立高光譜衛星地面資料處理與驗證系統，形成對全球、中國及其它重點地區二氧化碳濃度監測能力，監測精度優於4ppm，這一精度已達到高光譜大氣痕量氣體探測方面的國際先進水平。

我國發射的碳衛星透過地面資料接收、處理與驗證系統，定期獲取全球二氧化碳分佈圖，使我國在大氣二氧化碳監測方面躋身國際前列。

碳衛星搭載了一臺高空間解析度的高光譜溫室氣體探測儀，這臺探測儀的工作原理是在可見光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測二氧化碳等溫室氣體濃度。

碳衛星還搭載了另一件“利器”——多譜段的雲與氣溶膠偏振成像儀。這臺成像儀可以測量雲、大氣顆粒物等輔助資訊，為科學家精確反向推演二氧化碳濃度剔除干擾因素，還可以幫助氣象學家提高天氣預報的準確性，併為研究PM2。5等大氣汙染成因提供重要資料支撐。

碳衛星是如何監測全球CO2濃度？

碳衛星實現大氣溫室氣體探測是基於大氣吸收池原理，CO2、O2等氣體在近紅外至短波紅外波段有較多的氣體吸收，形成特徵大氣吸收光譜，對吸收光譜的強弱進行嚴格定量測量，綜合氣壓、溫度等輔助資訊並排除大氣懸浮微粒等干擾因素，應用反演演算法即可計算出衛星在觀測路徑上CO2的柱濃度。

▲溫室氣體大氣吸收池原理示意圖

透過對全球柱濃度的序列分析，並藉助資料同化系統的一系列模型計算，可推演出全球CO2的通量變化（單位時間透過單位面積的CO2總量），這正是碳迴圈研究的核心資料基礎。

▲碳迴圈示意圖

碳衛星發射執行後，科學資料將依託風雲系列地面接收站資源完成資料下傳。這些資料並不是直接可用的CO2濃度分佈，需要經過大氣物理學家進行高精度的全球CO2分佈反演計算，最終才能成為全球CO2觀測資料產品並共享釋出。

▲碳衛星資料產品生成與釋出路徑

作為中國首顆碳衛星載荷，高光譜溫室氣體探測儀、雲與氣溶膠偏振成像儀的研製成功將為溫室氣體排放、碳核查等領域的研究提供基礎資料，為節能減排等宏觀決策提供資料支撐，增加中國在國際碳排放方面的話語權。

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大氣所反演演算法獲取的首幅中國碳衛星大氣二氧化碳全球分佈圖

基於我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衛星（碳衛星）的觀測，科學家近日獲取了全球碳通量資料集。這標誌著我國已具備全球碳收支的空間定量監測能力，將助力盤點各地碳收支。

中國碳衛星是我國第一代溫室氣體監測專用衛星，實現了空間溫室氣體高精度監測

的

從無到有，邁開了重要且艱難的第一步。未來，我國將以碳衛星的研究成果為基礎，研發新一代的溫室氣體監測衛星，服務於全球和我國雙碳目標的實現。