“火眼金睛”捕捉碳排放

全球二氧化碳监测科学实验卫星示意图

二氧化碳排放是地球变暖的元凶之一。谁排放了二氧化碳？排放了多少？这些二氧化碳又去哪里了？这是科学研究需要回答的问题，是政策制定的科学依据，也是全球气候变化国际谈判中的关键数据。

上海微小卫星工程中心研究员尹增山带领的卫星研制团队，建立了我国自主天基碳监测方法，并不断提升技术能力，研制了我国首颗、世界第三颗碳监测卫星，搭载了一台高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。这台探测仪可以通过光学仪器对受二氧化碳影响的太阳光谱进行非常精准的测量，再通过构建的反演算法反向推算出二氧化碳浓度——通俗来说，就是通过看“颜色”来识别二氧化碳气体。全球二氧化碳监测科学实验卫星系统技术也获得了2022年度上海市科技进步奖一等奖。

“二氧化碳在大气中浓度含量仅万分之四，要识别浓度的季节变化，就需要实现优于百分之一（即百万分之四）的观测精度。”尹增山介绍。

要有怎样的“火眼金睛”，才能让细微的碳排放无处遁形？项目团队首次构建了我国具有自主知识产权的全链路模拟仿真系统。其给出了观测要素、观测方法与仪器指标，回答了二氧化碳高精度监测的问题；剥离了气溶胶、水汽、云等影响，回答了二氧化碳如何高精度反演的问题；形成了空间连续二氧化碳高光谱采样、云与气溶胶多要素一体化监测、在轨线型动态校正相结合的碳卫星系统方案和全链路技术指标体系。

此外，碳卫星要实现全球观测，需要卫星平台实现灵活的观测模式，充分发挥载荷。团队设计了陆地和海洋耀斑2种与载荷系统设计紧密耦合的观测模式，实现了高信噪比观测。但这远不能完成使命，要想获取高精度大气二氧化碳浓度数据，还要进行反演同化，而二氧化碳反演同化精度受温度、气压、大气散射等多因素影响，相比传统水汽15%、湿度廓线10%的反演精度要求，CO2精度需要优于0.5%。项目创建了国内首套多要素耦合的二氧化碳全物理反演算法；并建立了首个碳卫星同化模型。实测数据表明，碳卫星反演精度达到了1.47ppm。

据介绍，碳卫星从研制、发射到在轨应用，持续、高质量地产出多项成果——

得到了我国首幅高精度全球植被叶绿素荧光分布图，技术指标国际领先，可用于精确估算全球植被光合生产力，被美国科学院院士列为国际上5种产品之一；

获取了中国碳卫星首个全球碳通量数据集，证明了我国碳卫星可对碳源汇分布进行定量监测，使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。

“持家先要有账本，这个‘账本’就是我们自己监测到的碳排放量。”尹增山表示，“碳卫星实现了我国天基碳监测技术从0到1的突破，促进了我国天基碳监测体系建设。”据悉，团队已获得项目支持，正在开展下一代碳卫星研制。

本报记者 郜阳