國際衛星對地觀測委員會明確提出，將在2025年形成星座業務化運行，支撐2028年全球碳盤點

 

基于傳統地面站點的觀測數據，難以準確了解溫室氣體的源匯變化特征和機制。而衛星遙感具有客觀、連續、穩定、大范圍、重復觀測的優點，也正在成為新一代、國際認可的全球碳盤點方法。國際衛星對地觀測委員會明確提出，將在2025年形成星座業務化運行，支撐2028年全球碳盤點。

 

迄今，國際上歐洲、日本、美國、加拿大和中國相繼發射了具備大氣CO2濃度觀測能力的衛星。日本于2009年成功發射GOSAT衛星，這是第一顆專門用于大氣溫室氣體CO2和CH4探測的衛星，至今運行良好，后續的GOSAT系列衛星則致力于實現更高精度、更強空間覆蓋能力。美國在溫室氣體遙感探測方面走在國際前列——2021年12月，美國白宮發布了《美國空間優先框架》，明確美國將優先支持應對氣候變化行動的衛星遙感計劃，通過政府、私營和慈善機構之間的合作，利用地球觀測數據支持美國和國際社會應對氣候危機。

 

中國近年來在溫室氣體衛星遙感探測方面也是突飛猛進。2016年12月，首顆碳衛星發射，這是中國自主研制的全球大氣二氧化碳觀測實驗衛星，其數據在全球大氣CO2濃度、葉綠素熒光監測等方面取得系列重要成果。2018年5月，高分五號衛星成功發射，搭載的溫室氣體監測儀GMI的主要功能是定量監測CO2和CH4的全球濃度分布變化。

 

同時，我國還在不斷醞釀新的衛星計劃。未來計劃發射的風云三號08星上搭載的高光譜溫室氣體監測儀，通過對近紅外、短波紅外譜段連續高精度、高光譜分辨率、高空間分辨率和高采樣率觀測，實現全球大氣溫室氣體的高精度定量反演。2022年4月發射的大氣環境監測衛星是國際首顆搭載CO2探測激光雷達的衛星。

 

衛星還要掌握哪些“本領”？

 

不僅能“看”，還要能“算”

 

當前衛星遙感可以探測大氣CO2濃度，但是對于決策部門而言，更想了解大氣CO2的來源并提取出其中來自人類活動排放的部分。這對衛星遙感系統而言是一項挑戰。

 

利用衛星開展生態系統碳匯估算的方法主要分為三類：基于溫室氣體濃度探測的同化反演的“自上而下”方法、基于生態過程模型模擬的“自下而上”方法以及基于數據驅動的機器學習模型方法。然而，各種方法的碳源匯估算均存在不確定性。

 

總體來說，全球碳源匯的巨大不確定性既源于碳循環模式的理論和認知缺陷，又包括缺乏精細時空分辨率的觀測數據。由國際地圈-生物圈計劃、全球環境變化人文因素計劃和世界氣候研究計劃共同發起了全球碳計劃,其關鍵是準確量化全球碳循環格局和變率。我國于2010年啟動的全球變化研究國家重大科學研究計劃、2016年啟動的國家重點研發計劃“全球變化及應對”專項中，摸清生態系統碳循環均為核心任務之一。2017年立項的國家重點研發計劃項目“全球生態系統碳循環關鍵參數立體觀測與反演”，其核心任務是研制覆蓋全球、參數完備、時空分辨率精細、連續一致的碳循環關鍵參數產品，共包含24種全球碳循環關鍵參數的長時間序列空間觀測產品。這些豐富的碳循環關鍵參數產品，為陸地生態系統碳源匯的動態精細評價提供了重要基礎數據。

 

除了提高觀測數據質量與數量，還需考慮如何充分利用大量多源的觀測資料，協同地面和遙感技術手段，降低模型不確定性，可以進一步提高模型估計陸地生態系統固碳速率準確性。

 

我們認為，全球碳同化系統是解決這一問題的有效途徑。聯合同化衛星和地面大氣CO2濃度、站點通量數據、遙感地表參數等數據，同時優化生態系統和人為源碳通量是全球碳同化系統的發展趨勢。2016年，南京大學發展了全球碳同化系統，能更好地揭示不同地區陸地碳匯的時空分布和年際變化，該系統已經具備了業務運行能力。

 

由于人為源碳排放和陸地生態系統碳通量混合，如何利用碳同化系統優化計算人為源碳排放，是科學家們力圖解決的重要問題，也是實現碳中和目標的重要技術需求。發展區域高分辨率碳同化系統同化大氣濃度觀測數據，是進行人為源碳排放優化估算的有效手段。 本`文@內-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網 ta n pa i fa ng . co m