大氣中的二氧化碳濃度如何觀測(cè)?遙望藍(lán)天，“碳衛(wèi)星”正成為中堅(jiān)力量。2021年，中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)基于我國(guó)第一顆碳衛(wèi)星——全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)布全球碳通量數(shù)據(jù)集，標(biāo)志著我國(guó)已具備全球碳收支的空間定量監(jiān)測(cè)能力，可以助力盤點(diǎn)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(shí)施效果的評(píng)估。這就要求對(duì)碳排放、碳匯的現(xiàn)狀和變化過(guò)程有深入了解，而全面準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是重要基礎(chǔ)。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，人們主要通過(guò)地面站點(diǎn)監(jiān)測(cè)二氧化碳排放，雖然絕對(duì)精度較高，但因地面監(jiān)測(cè)站數(shù)量有限，很難覆蓋全球，無(wú)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(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)制定了《IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》(以下簡(jiǎn)稱《指南》)，要求各國(guó)按照《指南》的方法要求編制清單，但國(guó)別清單的誤差、偏差、透明度等問(wèn)題無(wú)法避免。隨著大氣探測(cè)和模型模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，通過(guò)大氣二氧化碳濃度觀測(cè)溯源排放的方法被認(rèn)為可以有效核驗(yàn)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(cè)站相比，衛(wèi)星由于其觀測(cè)視角特殊，已在全球覆蓋觀測(cè)中占據(jù)重要地位。
碳衛(wèi)星通過(guò)利用大氣二氧化碳吸收光譜的形態(tài)，來(lái)計(jì)算獲得二氧化碳在大氣中的含量，進(jìn)而計(jì)算碳排放和碳吸收。其優(yōu)勢(shì)在于看得廣、看得清，與地面觀測(cè)形成有效互補(bǔ)。自2009年以來(lái)，日本、美國(guó)和中國(guó)相繼發(fā)射了碳衛(wèi)星。
衛(wèi)星在軌運(yùn)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(cè)、獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)、對(duì)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(gè)圈層的相互聯(lián)系。利用碳衛(wèi)星監(jiān)測(cè)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(cè)儀器、大氣、地表等干擾對(duì)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(duì)于碳排放較強(qiáng)地區(qū)，氣溶膠的污染相對(duì)也大，這就會(huì)造成對(duì)排放源附近觀測(cè)的誤差。因此，在觀測(cè)中，針對(duì)氣溶膠問(wèn)題會(huì)搭載額外的通道，通過(guò)對(duì)氣溶膠的協(xié)同探測(cè)，來(lái)修訂其引入的偏差。在中國(guó)碳衛(wèi)星研發(fā)團(tuán)隊(duì)的攻關(guān)下，從衛(wèi)星平臺(tái)、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(duì)《巴黎協(xié)定》提出的全球盤點(diǎn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)空間碳監(jiān)測(cè)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(cè)，實(shí)現(xiàn)全球碳排放和碳匯的高時(shí)頻、高定量、高覆蓋觀測(cè)。各國(guó)可以通過(guò)合作形成碳衛(wèi)星“虛擬星座”，協(xié)同觀測(cè)大氣二氧化碳，為全球氣候變化提供更加豐富的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。目前，包括我國(guó)在內(nèi)的不少國(guó)家已開始下一代碳衛(wèi)星的研發(fā)工作，將面向全球盤點(diǎn)雙碳目標(biāo)，更全面地解析全球和國(guó)家等多級(jí)目標(biāo)對(duì)象的碳排放和碳匯情況。(作者為中國(guó)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)
評(píng)論