【谷騰環保網訊】中國科學(xue)院大氣物(wu)理研(yan)(yan)究所(suo)中國碳(tan)衛星研(yan)(yan)究團隊聯合芬蘭氣象研(yan)(yan)究所(suo)團隊首次利(li)用(yong)中國碳(tan)衛星（TanSat）觀測定量識別和計(ji)算城市碳(tan)排放，證(zheng)實了中國碳(tan)衛星具有城市級別碳(tan)排放監測的(de)能(neng)力(li)。在(zai)溫室氣體遙感監測合作協議支持(chi)下(xia)，本研(yan)(yan)究聯合使用(yong)了歐洲哨兵(bing)衛星（Sentinel-5P）的(de)二氧化氮（NO2）觀測。研(yan)(yan)究結果于今日在(zai)線(xian)發表(biao)在(zai)SCI期刊《大氣科學(xue)進展》上。

 團隊成員(yuan)、中國(guo)科(ke)學院大氣物(wu)理研究所副研究員(yuan)楊東旭(xu)欣喜地告訴記者(zhe)：“我國(guo)下一代碳衛星(xing)將是一個天基(ji)系統，其論證(zheng)設計工作已經(jing)開始，”屆(jie)時，中國(guo)碳衛星(xing)的探測能力(li)將得到進一步(bu)提升(sheng)。

中外城市二氧化碳排放觀測結果一致

應對或減緩全(quan)球(qiu)(qiu)變暖(nuan)，是(shi)人(ren)類在21世紀(ji)面(mian)臨的(de)(de)挑(tiao)戰(zhan)。楊東旭介紹(shao)說，由于化(hua)石(shi)燃(ran)料燃(ran)燒和土地利用變化(hua)等人(ren)為活動，二(er)氧化(hua)碳（CO2）濃度增加了40%以(yi)上。“與化(hua)石(shi)燃(ran)料使用有(you)關的(de)(de)排放尤其局限于當地，城市地區是(shi)全(quan)球(qiu)(qiu)CO2排放量(liang)的(de)(de)主要貢獻者，占全(quan)球(qiu)(qiu)排放量(liang)70%以(yi)上。”

盡(jin)管新冠肺炎(yan)疫情對全球(qiu)經(jing)濟體(ti)造成了(le)較大的影響，但化石燃(ran)料CO2排放(fang)量2021年仍然(ran)增加(jia)了(le)5%。與此(ci)同時，在(zai)計(ji)算人為排放(fang)方面仍然(ran)存在(zai)較大的不確(que)定性(xing)。

“利用碳監測(ce)衛(wei)星進行全球(qiu)人(ren)(ren)為(wei)排放(fang)的監測(ce)更具優越性(xing)。”楊東旭告訴記者，碳監測(ce)衛(wei)星直(zhi)接觀(guan)測(ce)大(da)氣CO2濃度，僅憑單一CO2要素的觀(guan)測(ce)，定量區分CO2濃度變化(hua)源(yuan)來自(zi)人(ren)(ren)為(wei)排放(fang)還是自(zi)然過程是一個難點(dian)問題(ti)。化(hua)石(shi)燃(ran)料燃(ran)燒(shao)為(wei)CO2人(ren)(ren)為(wei)排放(fang)之主要來源(yuan)，而石(shi)油等化(hua)石(shi)燃(ran)料的燃(ran)燒(shao)伴隨排放(fang)二氧化(hua)氮（NO2），即人(ren)(ren)為(wei)排放(fang)CO2和(he)NO2具有(you)較強(qiang)的同源(yuan)性(xing)，“因此，理論上通過NO2和(he)CO2的同步監測(ce)，就可(ke)以有(you)效(xiao)地計算對人(ren)(ren)為(wei)碳排放(fang)。”

楊(yang)東旭介(jie)紹說(shuo)，研究聯(lian)合應用了中國(guo)碳衛星(xing)CO2觀(guan)測(ce)數(shu)據和(he)歐洲哨兵衛星(xing)的(de)二氧化(hua)氮（NO2）觀(guan)測(ce)數(shu)據，選(xuan)取了我國(guo)唐(tang)山（2018年5月(yue)6日(ri)(ri)）和(he)日(ri)(ri)本東京（2018年3月(yue)29日(ri)(ri)）兩個個例，定量(liang)計算了人為碳排(pai)放和(he)NO2的(de)相關性。“計算結果(guo)和(he)排(pai)放清單給出的(de)結果(guo)一致，論證(zheng)了通過(guo)聯(lian)合應用中國(guo)碳衛星(xing)和(he)歐洲哨兵衛星(xing)的(de)協同觀(guan)測(ce)，可以對(dui)CO2/ NO2排(pai)放比例進行定量(liang)監(jian)測(ce)。同時，這也標志著我國(guo)已(yi)經具備空間監(jian)測(ce)人為活(huo)動碳排(pai)放的(de)能(neng)力(li)。”

圖(tu)1. 中國(guo)碳衛星聯合(he)哨兵(bing)衛星監測我國(guo)唐山地區（2018年5月(yue)6日）人(ren)為排放示意圖(tu)。左面顯示2018年5月(yue)6日唐山（中國(guo)）附近的TanSat XCO2觀測疊加(jia)了(le)哨兵(bing)的NO2觀測。風場（ERA5）如(ru)箭頭所示。右圖(tu)（上(shang)(shang)圖(tu)和(he)(he)下圖(tu)分(fen)別(bie)）顯示了(le)TanSat軌(gui)道上(shang)(shang)的XCO2和(he)(he)NO2觀測值。黑點(dian)表示運行平均值。橙(cheng)色表示通過線性擬合(he)從NO2對流層(ceng)柱轉換的XCO2。

中國碳衛星監測能力進一步提升

當前(qian)溫室氣體(ti)減排(pai)(pai)的(de)(de)成效評估多依賴于清(qing)(qing)(qing)單(dan)方法，政(zheng)府(fu)間氣候變化專門委(wei)員會（IPCC）制定(ding)了《2006年IPCC國家溫室氣體(ti)清(qing)(qing)(qing)單(dan)指(zhi)南(nan)》（下(xia)稱《指(zhi)南(nan)》），要(yao)(yao)(yao)求(qiu)各國清(qing)(qing)(qing)單(dan)須(xu)按照《指(zhi)南(nan)》的(de)(de)方法要(yao)(yao)(yao)求(qiu)編制。即便如(ru)此(ci)，國別清(qing)(qing)(qing)單(dan)的(de)(de)全球一致性、區域偏(pian)差(cha)、透(tou)明度(du)等問(wen)題，依然無法避(bi)免。大(da)(da)氣CO2濃度(du)觀(guan)測溯源排(pai)(pai)放(fang)的(de)(de)方法在(zai)偏(pian)差(cha)和(he)透(tou)明度(du)等方面具有優(you)勢，因此(ci)2019年修訂版(ban)《指(zhi)南(nan)》將該(gai)方法正式納入。在(zai)以大(da)(da)氣觀(guan)測的(de)(de)碳排(pai)(pai)放(fang)（碳匯）反演方法體(ti)系中(zhong)，觀(guan)測數(shu)據(ju)尤為重要(yao)(yao)(yao)。而衛星因其(qi)觀(guan)測方式的(de)(de)特殊性，在(zai)大(da)(da)氣反演中(zhong)占據(ju)著不可替代的(de)(de)位置(zhi)。

2009年(nian)，日本(ben)成(cheng)(cheng)功發(fa)(fa)射(she)了(le)國際上第一顆溫(wen)室氣(qi)體專用探測(ce)衛(wei)星(xing)GOSAT；2014年(nian)，美國OCO—2發(fa)(fa)射(she)升(sheng)(sheng)空。2016年(nian)12月22日，中(zhong)國碳(tan)衛(wei)星(xing)從(cong)酒泉衛(wei)星(xing)發(fa)(fa)射(she)基地順(shun)利發(fa)(fa)射(she)升(sheng)(sheng)空并在軌運行，成(cheng)(cheng)為(wei)世界第三顆溫(wen)室氣(qi)體衛(wei)星(xing)。中(zhong)國碳(tan)衛(wei)星(xing)，全稱為(wei)“全球二氧化(hua)碳(tan)監測(ce)科學(xue)實驗衛(wei)星(xing)（TanSat）”，目標是(shi)實現全球大氣(qi)二氧化(hua)碳(tan)柱(zhu)平均干空氣(qi)混合比（XCO2，以下簡稱“濃度(du)”）的(de)高精度(du)監測(ce)，為(wei)碳(tan)排放(fang)科學(xue)研(yan)究提供(gong)衛(wei)星(xing)資料。

中國碳衛星(xing)是一(yi)顆近(jin)極地太陽(yang)同步衛星(xing)。其上搭(da)載(zai)(zai)(zai)(zai)了主載(zai)(zai)(zai)(zai)荷“高光譜分(fen)辨(bian)率(lv)大氣(qi)二(er)氧(yang)化碳探測(ce)儀(yi)（ACDS）”和輔助(zhu)載(zai)(zai)(zai)(zai)荷“云和氣(qi)溶(rong)膠偏振(zhen)成像儀(yi)（CAPI）”。其中，主載(zai)(zai)(zai)(zai)荷高光譜分(fen)辨(bian)率(lv)大氣(qi)二(er)氧(yang)化碳探測(ce)儀(yi)，利(li)用對(dui)地球反射(she)的近(jin)紅(hong)外(wai)/短波(bo)紅(hong)外(wai)太陽(yang)輻射(she)對(dui)大氣(qi)中二(er)氧(yang)化碳的含量進行(xing)探測(ce)。

自從我國碳衛星(xing)升(sheng)空后(hou)，經(jing)在軌測試(shi)和(he)定標，第一(yi)版(ban)XCO2科(ke)學(xue)數據(ju)產(chan)品于(yu)2017年(nian)10月(yue)對全球(qiu)發(fa)布；第二(er)版(ban)XCO2科(ke)學(xue)數據(ju)產(chan)品將精(jing)度(du)提升(sheng)至1.47ppm的國際先進(jin)水平精(jing)度(du)；基于(yu)第二(er)版(ban)科(ke)學(xue)產(chan)品，中國碳衛星(xing)獲得(de)了全球(qiu)CO2通(tong)量的數據(ju)產(chan)品。

2020年初，科(ke)技部國家(jia)遙感中(zhong)心與歐洲(zhou)空間(jian)局(ju)簽署了溫室氣體遙感監(jian)(jian)測合作協(xie)(xie)議(yi)(yi)，推動(dong)中(zhong)國碳衛(wei)星(xing)加入(ru)歐洲(zhou)空間(jian)局(ju)第三方衛(wei)星(xing)數據應(ying)用計劃，也表(biao)明中(zhong)國碳衛(wei)星(xing)及其觀(guan)測數據開始逐步走向世界。研(yan)究在(zai)該協(xie)(xie)議(yi)(yi)的支持(chi)下(xia)，聯合使用了中(zhong)國碳衛(wei)星(xing)和歐洲(zhou)哨兵衛(wei)星(xing)，進一步提升了中(zhong)國碳衛(wei)星(xing)的監(jian)(jian)測能力。

中國碳(tan)(tan)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)即將(jiang)迎來發射6周年紀(ji)念。我國下一(yi)(yi)代(dai)碳(tan)(tan)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)論證設計工作(zuo)已經開始(shi)，衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)的(de)(de)研制工作(zuo)也(ye)即將(jiang)啟動(dong)。新一(yi)(yi)代(dai)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)將(jiang)在秉承第一(yi)(yi)代(dai)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)所具有的(de)(de)技術(shu)優勢基礎上，進(jin)一(yi)(yi)步(bu)提升探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)能力，以應(ying)用需求與(yu)科(ke)學需求為出發點(dian)(dian)。“目標測(ce)(ce)(ce)(ce)量將(jiang)以城市(shi)(shi)為重點(dian)(dian)，以高定量、高時頻、高分辨探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)XCO2從城市(shi)(shi)中心到郊(jiao)區的(de)(de)梯度，以提高排放(fang)量估算的(de)(de)準(zhun)確性(xing)。”楊東旭介紹說，下一(yi)(yi)代(dai)碳(tan)(tan)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)(xing)將(jiang)是一(yi)(yi)個(ge)天基系統，希望每天可多次覆蓋一(yi)(yi)個(ge)城市(shi)(shi)或點(dian)(dian)源，同時將(jiang)具備協(xie)同的(de)(de)NO2觀測(ce)(ce)(ce)(ce)能力，用于更(geng)好地對(dui)人為碳(tan)(tan)排放(fang)量進(jin)行(xing)獨(du)立(li)測(ce)(ce)(ce)(ce)算。

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