全球碳盘点，卫星来帮忙

 

国际卫星对地观测委员会明确提出，将在2025年形成星座业务化运行，支撑2028年全球碳盘点

 

基于传统地面站点的观测数据，难以准确了解温室气体的源汇变化特征和机制。而卫星遥感具有客观、连续、稳定、大范围、重复观测的优点，也正在成为新一代、国际认可的全球碳盘点方法。国际卫星对地观测委员会明确提出，将在2025年形成星座业务化运行，支撑2028年全球碳盘点。

 

迄今，国际上欧洲、日本、美国、加拿大和中国相继发射了具备大气CO2浓度观测能力的卫星。日本于2009年成功发射GOSAT卫星，这是第一颗专门用于大气温室气体CO2和CH4探测的卫星，至今运行良好，后续的GOSAT系列卫星则致力于实现更高精度、更强空间覆盖能力。美国在温室气体遥感探测方面走在国际前列——2021年12月，美国白宫发布了《美国空间优先框架》，明确美国将优先支持应对气候变化行动的卫星遥感计划，通过政府、私营和慈善机构之间的合作，利用地球观测数据支持美国和国际社会应对气候危机。

 

中国近年来在温室气体卫星遥感探测方面也是突飞猛进。2016年12月，首颗碳卫星发射，这是中国自主研制的全球大气二氧化碳观测实验卫星，其数据在全球大气CO2浓度、叶绿素荧光监测等方面取得系列重要成果。2018年5月，高分五号卫星成功发射，搭载的温室气体监测仪GMI的主要功能是定量监测CO2和CH4的全球浓度分布变化。

 

同时，我国还在不断酝酿新的卫星计划。未来计划发射的风云三号08星上搭载的高光谱温室气体监测仪，通过对近红外、短波红外谱段连续高精度、高光谱分辨率、高空间分辨率和高采样率观测，实现全球大气温室气体的高精度定量反演。2022年4月发射的大气环境监测卫星是国际首颗搭载CO2探测激光雷达的卫星。

 

卫星还要掌握哪些“本领”？

 

不仅能“看”，还要能“算”

 

当前卫星遥感可以探测大气CO2浓度，但是对于决策部门而言，更想了解大气CO2的来源并提取出其中来自人类活动排放的部分。这对卫星遥感系统而言是一项挑战。

 

利用卫星开展生态系统碳汇估算的方法主要分为三类：基于温室气体浓度探测的同化反演的“自上而下”方法、基于生态过程模型模拟的“自下而上”方法以及基于数据驱动的机器学习模型方法。然而，各种方法的碳源汇估算均存在不确定性。

 

总体来说，全球碳源汇的巨大不确定性既源于碳循环模式的理论和认知缺陷，又包括缺乏精细时空分辨率的观测数据。由国际地圈-生物圈计划、全球环境变化人文因素计划和世界气候研究计划共同发起了全球碳计划,其关键是准确量化全球碳循环格局和变率。我国于2010年启动的全球变化研究国家重大科学研究计划、2016年启动的国家重点研发计划“全球变化及应对”专项中，摸清生态系统碳循环均为核心任务之一。2017年立项的国家重点研发计划项目“全球生态系统碳循环关键参数立体观测与反演”，其核心任务是研制覆盖全球、参数完备、时空分辨率精细、连续一致的碳循环关键参数产品，共包含24种全球碳循环关键参数的长时间序列空间观测产品。这些丰富的碳循环关键参数产品，为陆地生态系统碳源汇的动态精细评价提供了重要基础数据。

 

除了提高观测数据质量与数量，还需考虑如何充分利用大量多源的观测资料，协同地面和遥感技术手段，降低模型不确定性，可以进一步提高模型估计陆地生态系统固碳速率准确性。

 

我们认为，全球碳同化系统是解决这一问题的有效途径。联合同化卫星和地面大气CO2浓度、站点通量数据、遥感地表参数等数据，同时优化生态系统和人为源碳通量是全球碳同化系统的发展趋势。2016年，南京大学发展了全球碳同化系统，能更好地揭示不同地区陆地碳汇的时空分布和年际变化，该系统已经具备了业务运行能力。

 

由于人为源碳排放和陆地生态系统碳通量混合，如何利用碳同化系统优化计算人为源碳排放，是科学家们力图解决的重要问题，也是实现碳中和目标的重要技术需求。发展区域高分辨率碳同化系统同化大气浓度观测数据，是进行人为源碳排放优化估算的有效手段。 本`文@内-容-来-自；中^国_碳0排0放^交-易=网 ta n pa i fa ng . co m