大氣中的二氧化碳濃度如何觀測?遙望藍(lán)天，“碳衛(wèi)星”正成為中堅力量。2021年，中國科研團(tuán)隊基于我國第一顆碳衛(wèi)星——全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，發(fā)布全球碳通量數(shù)據(jù)集，標(biāo)志著我國已具備全球碳收支的空間定量監(jiān)測能力，可以助力盤點各地碳收支。
碳中和進(jìn)程不僅依賴能源技術(shù)的變革創(chuàng)新，也離不開相關(guān)政策的優(yōu)化和實施效果的評估。這就要求對碳排放、碳匯的現(xiàn)狀和變化過程有深入了解，而全面準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)是重要基礎(chǔ)。很長一段時間以來，人們主要通過地面站點監(jiān)測二氧化碳排放，雖然絕對精度較高，但因地面監(jiān)測站數(shù)量有限，很難覆蓋全球，無法得出全球范圍二氧化碳及碳源、碳匯的空間分布情況。
2006年，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)制定了《IPCC國家溫室氣體清單指南》(以下簡稱《指南》)，要求各國按照《指南》的方法要求編制清單，但國別清單的誤差、偏差、透明度等問題無法避免。隨著大氣探測和模型模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，通過大氣二氧化碳濃度觀測溯源排放的方法被認(rèn)為可以有效核驗清單，因此在2019年修訂版中，該方法被正式寫入《指南》。與地面監(jiān)測站相比，衛(wèi)星由于其觀測視角特殊，已在全球覆蓋觀測中占據(jù)重要地位。
碳衛(wèi)星通過利用大氣二氧化碳吸收光譜的形態(tài)，來計算獲得二氧化碳在大氣中的含量，進(jìn)而計算碳排放和碳吸收。其優(yōu)勢在于看得廣、看得清，與地面觀測形成有效互補。自2009年以來，日本、美國和中國相繼發(fā)射了碳衛(wèi)星。
衛(wèi)星在軌運行只是第一步，如何利用衛(wèi)星遙感進(jìn)行準(zhǔn)確有效的監(jiān)測、獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)解析以及數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用等環(huán)節(jié)才是重頭戲。大氣二氧化碳的變化涉及大氣圈、生物圈、巖石圈、海洋圈、人類圈等多個圈層的相互聯(lián)系。利用碳衛(wèi)星監(jiān)測的難度在于精度要求很高，需要達(dá)到2.5‰，誤差極小。因此，探測儀器、大氣、地表等干擾對精度的影響巨大。例如，空氣中的氣溶膠形態(tài)各異，導(dǎo)致其產(chǎn)生的干擾效果差異大，對于碳排放較強地區(qū)，氣溶膠的污染相對也大，這就會造成對排放源附近觀測的誤差。因此，在觀測中，針對氣溶膠問題會搭載額外的通道，通過對氣溶膠的協(xié)同探測，來修訂其引入的偏差。在中國碳衛(wèi)星研發(fā)團(tuán)隊的攻關(guān)下，從衛(wèi)星平臺、載荷研制，到反演算法、同化系統(tǒng)，形成了全鏈路的突破。
這一代碳衛(wèi)星的核心目標(biāo)是針對《巴黎協(xié)定》提出的全球盤點任務(wù)，實現(xiàn)空間碳監(jiān)測方法。下一代碳衛(wèi)星將繼續(xù)提高精度，并完成真正的全球覆蓋觀測，實現(xiàn)全球碳排放和碳匯的高時頻、高定量、高覆蓋觀測。各國可以通過合作形成碳衛(wèi)星“虛擬星座”，協(xié)同觀測大氣二氧化碳，為全球氣候變化提供更加豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)。目前，包括我國在內(nèi)的不少國家已開始下一代碳衛(wèi)星的研發(fā)工作，將面向全球盤點雙碳目標(biāo)，更全面地解析全球和國家等多級目標(biāo)對象的碳排放和碳匯情況。(作者為中國科學(xué)院大氣物理研究所碳中和研究中心副研究員 楊東旭)
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