首颗碳卫星跳“太空华尔兹”有望助力治霾
- 2016/12/23 14:34:24
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- 来源：中国环保在线
- 编辑：筱阳
- 关键词:碳卫星二氧化碳环境监测设备
【中国环保在线 环境监测】变暖、温室效应、天气、雾霾……每一个词都如一把重锤，不时地敲打人类脆弱的文明。从未有任何一个问题，如“气候变化”一样，牵动到世界上每一个人、甚至每一种生命。面对严峻的“气候变化”形势，减少二氧化碳等温室气体的排放已成为应对“困局”的必然选择，而提到温室气体的减排，碳排放的量化监测是各国重要的技术基础和保障。
12月22日3时22分，我国在酒泉卫星发射中心成功发射二氧化碳监测科学实验卫星。这是我国首颗、第三颗专门用于“看”大气中二氧化碳含量的卫星。
过去150年来，大气中的二氧化碳的浓度从280ppm(百万分之一)上升到400ppm，二氧化碳等温室气体引发的“温室效应”，被认为是变暖的罪魁祸首。持家得先有账，收支清楚才能找出温室气体与气候变化之间的关系。“动态监测二氧化碳排放，对人类应对气候变化的影响有重要意义。”碳卫星应用科学家、国家卫星气象中心总工程师卢乃锰说。
此前，人类一直是通过地面站点监测二氧化碳排放。虽然地面观测的精度比卫星观测精度高，但地面监测站数量有限，没法得出范围二氧化碳的空间分布情况。卢乃锰介绍，截至2010年左右，地面观测站点仅有200多个，且不能监测到海洋上空大气中二氧化碳的含量。
如果说监测各个区域二氧化碳浓度变化是账目的“明细”，二氧化碳在的流动情况则是“总账”。而单个站点的持续观测，只能了解某个较小区域二氧化碳浓度的变化。要认识碳循环规律，就需要一种可以连续在尺度上获取高精度的二氧化碳流动的手段。搭载温室气体探测仪器、借助卫星遥感，是目前获取各区域气体浓度切实可行的手段。
与以往的气象卫星不同，碳卫星是在可见光和近红外谱段，利用分子吸收谱线探测二氧化碳浓度。“大气在太阳光照射下，二氧化碳分子会呈现光谱吸收特性，通过碳卫星对二氧化碳光谱吸收线的精细测量，就可以反演出大气二氧化碳的浓度。”碳卫星应用科学家卢乃锰说。
用通俗的话说，就是通过看“颜色”来识别二氧化碳气体。中科院长春光学精密机械与物理研究所研究员郑玉权解释，太阳光经过空气时，空气中的二氧化碳分子对许多精细的颜色有了不同程度吸收。通过光学仪器对这些色彩进行非常的测量，可以反向推算出二氧化碳分子数量，从而得知大气中的二氧化碳浓度。
同时，多谱段云与气溶胶探测仪负责测量云、大气颗粒物等辅助信息，为科学家反向推演二氧化碳浓度剔除干扰因素。碳卫星工程地面应用系统总设计师杨忠东说，这台仪器虽非“主角”，但它能监测大气中的颗粒物，将为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。
为满足碳卫星在5种观测模式和十余种指向模式间自如切换的要求，卫星平台研究人员为其打造出一副好“身板”。中国科学院微小卫星创新研究院碳卫星总设计师尹增山说，“复杂姿态指向控制系统”让卫星能够大角度姿态机动，跳出“太空华尔兹”。碳卫星项目要求大气中二氧化碳的浓度监测精度优于4ppm(百万分比浓度)，即是说，当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时，“千里眼”就必须发现。
反演验证系统作为获取卫星数据后计算出二氧化碳和气溶胶分布状况的关键环节，也是卢乃锰在采访中反复提及的技术关键。通俗来讲，太阳的光谱是确定的，如果已知二氧化碳浓度等大气状况，根据模型，计算出卫星应该观测到的光谱，是正演；而根据卫星获取的数据，由模型反算出二氧化碳浓度，就是反演。
“以往气象卫星所涉及到的反演问题，大多集中在红外和微波谱段，而碳卫星所涉及到的是可见光和近红外谱段的反演问题，机理不同，难度加大。这需要考虑云与气溶胶、气压、温度、反照率等多因素的影响，重新设计全新的反演验证系统。我们集中国内优势单位联合攻关，终于啃下了这块硬骨头，填补了国内技术空白。”卢乃锰说。
掌握的二氧化碳分布状况有什么用？科技部国家遥感中心总工程师李加洪说，在碳排放数据上知己知彼，对提升我国在气候变化方面的话语权具有重要意义。李加洪介绍，我国发射的碳卫星通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取二氧化碳分布图，使我国在大气二氧化碳监测方面跻身前列。“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。” 李加洪说。
而在完成在轨测试后，碳卫星将每隔16天对地球进行一次“体检”，经过2—3个月数据累计，完成对地球的全覆盖。科学家从中可以得到不同季节、不同地区碳排放情况的“体检报告”。据了解，相关职能部门已经制定了碳卫星数据管理办法，将适时与国内外共享数据。碳卫星数据还已加载到国家综合地球观测数据共享平台，被列入生态环境遥感监测年度报告的专题。
李加洪透露，中方还将与地球观测组织共享碳卫星数据，通过中欧“龙计划”合作开展深度研究。科学家希望能与欧美等碳卫星形成联合观测，共同造福人类。
(据新华社/董瑞丰、人民网/喻思娈 刘毅、中国科技网/陈磊 操秀英、中国新闻网)
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