中國的碳衛星監測解決方案正在部署中

 

全球碳盤點不僅需要衛星遙感提供高時空分辨率大氣CO2等觀測數據，更需要通過觀測系統與同化反演系統集成，提供高時空分辨率的大氣CO2的溯源解析數據，如人為碳排放、生態系統碳源匯等。

 

盡管衛星探測能力得到了有效提高，但是任何單獨一顆衛星都無法滿足CO2和CH4全球探測的需求。根據科學目標將多顆衛星組成一個虛擬的衛星星座，開展多顆衛星組網觀測是滿足快速增長的全球業務化觀測需求的有效途徑。

 

同時，第二代碳衛星的核心目標是服務于全球碳盤點的清單校核，不僅要求衛星載荷系統提供寬幅、高分辨率、高精度的觀測能力，還需要通過同化反演系統，監測碳通量，并區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，對中國下一代碳衛星在溫室氣體清單校核需求目標、科學產品技術指標以及衛星組網觀測能力需求方面提出了明確的要求，包括監測CO2、CH4、CO、NO2、SIF、氣溶膠和N2O七種要素，并能達到較高精度；針對不同尺度設計了傳感器相應的空間分辨率，在全球和熱點區域分別對應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天的時間分辨率，幅寬達1000公里，以滿足觀測需求。

 

這對載荷研制提出了非常苛刻的要求，如何在工程技術上平衡光譜分辨率、信噪比、空間分辨率與幅寬的制約關系存在巨大挑戰。在碳衛星觀測要素的遙感反演算法研究基礎上，結合當前載荷工程研制能力，初步確定了下一代碳衛星載荷技術指標，包括設計了NO2、O2A，弱CO2、強CO2、CH4五個吸收帶，波長范圍在0.4納米至2.385納米之間，光譜分辨率最高能達到0.12納米。

 

盡管下一代碳衛星比第一顆碳衛星有巨大的飛躍和進步，但衛星成像監測也受到軌道、天氣等諸多因素的影響，無法實現連續動態觀測且分辨率不高，僅憑衛星遙感難以取得滿意效果。因此，必須結合地基監測、航空遙感等多源數據，才能實現點源、城市、國別尺度的溫室氣體排放的精確估算。目前，生態環境部、中國氣象局、中國科學院等機構正在組織和實施大范圍地基溫室氣體觀測任務，已初步建成、并正在逐步完善國家溫室氣體觀測網絡，溫室氣體衛星星座與地基網絡的協同，為中國碳達峰、碳中和行動成效的科學評估與碳排放核算提供了重大機遇。

 

科學家提出，為了實現面向碳盤點的衛星監測目標，需要優先部署如下7個方面任務：開展下一代碳衛星研發與運行，服務于全球和重點區域碳監測需求；針對中國下一代碳衛星及載荷指標特點，結合國內外多源衛星數據，開展高精度碳監測衛星遙感科學關鍵技術研究和共享產品研發；面向全球碳盤點的需求，開展高時空分辨率、高精度、高時效性的碳排放清單的衛星校驗方法研究；面向重要點源目標碳排放衛星監測的需求，推進重要點源碳排放衛星監測技術；面向全球碳盤點和國家碳中和需求，發展高時空分辨率、高精度、長時間序列的全球生態系統碳通量監測技術；面向全球碳盤點和國家碳中和需求，發展高時空分辨率、高精度、長時間序列的全球土地利用碳排放監測技術；圍繞全球碳盤點和國家碳中和戰略對空間信息技術的需求，推進碳衛星科學計劃項目集成與國際合作。

 

面向全球碳盤點和中國雙碳目標需求，需要利用衛星遙感、大數據、碳同化等先進技術和方法，實現高時空分辨率、高精度、高時頻的大氣溫室氣體濃度監測，并提供高精度、高分辨率的人為源碳排放和生態系統碳源匯科學數據，闡明大氣溫室氣體的來源、并有效區分與量化人為源和自然源的通量貢獻，建立全球、國家和熱點區域的溫室氣體排放的監測和驗證支撐技術體系。

 

（作者：劉良云，系中國科學院空天信息創新研究院研究員）