大氣中的二氧化碳濃度如何觀測?遙望藍天，“碳衛星”正成為中堅力量。2021年，中國科研團隊基于我國第一顆碳衛星——全球二氧化碳監測科學實驗衛星的觀測數據，發布全球碳通量數據集，標志著我國已具備全球碳收支的空間定量監測能力，可以助力盤點各地碳收支。
碳中和進程不僅依賴能源技術的變革創新，也離不開相關政策的優化和實施效果的評估。這就要求對碳排放、碳匯的現狀和變化過程有深入了解，而全面準確的監測數據是重要基礎。很長一段時間以來，人們主要通過地面站點監測二氧化碳排放，雖然絕對精度較高，但因地面監測站數量有限，很難覆蓋全球，無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，聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)制定了《IPCC國家溫室氣體清單指南》(以下簡稱《指南》)，要求各國按照《指南》的方法要求編制清單，但國別清單的誤差、偏差、透明度等問題無法避免。隨著大氣探測和模型模擬技術的飛速發展，通過大氣二氧化碳濃度觀測溯源排放的方法被認為可以有效核驗清單，因此在2019年修訂版中，該方法被正式寫入《指南》。與地面監測站相比，衛星由于其觀測視角特殊，已在全球覆蓋觀測中占據重要地位。
碳衛星通過利用大氣二氧化碳吸收光譜的形態，來計算獲得二氧化碳在大氣中的含量，進而計算碳排放和碳吸收。其優勢在于看得廣、看得清，與地面觀測形成有效互補。自2009年以來，日本、美國和中國相繼發射了碳衛星。
衛星在軌運行只是第一步，如何利用衛星遙感進行準確有效的監測、獲取高質量數據、對數據進行科學解析以及數據產品的應用等環節才是重頭戲。大氣二氧化碳的變化涉及大氣圈、生物圈、巖石圈、海洋圈、人類圈等多個圈層的相互聯系。利用碳衛星監測的難度在于精度要求很高，需要達到2.5‰，誤差極小。因此，探測儀器、大氣、地表等干擾對精度的影響巨大。例如，空氣中的氣溶膠形態各異，導致其產生的干擾效果差異大，對于碳排放較強地區，氣溶膠的污染相對也大，這就會造成對排放源附近觀測的誤差。因此，在觀測中，針對氣溶膠問題會搭載額外的通道，通過對氣溶膠的協同探測，來修訂其引入的偏差。在中國碳衛星研發團隊的攻關下，從衛星平臺、載荷研制，到反演算法、同化系統，形成了全鏈路的突破。
這一代碳衛星的核心目標是針對《巴黎協定》提出的全球盤點任務，實現空間碳監測方法。下一代碳衛星將繼續提高精度，并完成真正的全球覆蓋觀測，實現全球碳排放和碳匯的高時頻、高定量、高覆蓋觀測。各國可以通過合作形成碳衛星“虛擬星座”，協同觀測大氣二氧化碳，為全球氣候變化提供更加豐富的監測數據。目前，包括我國在內的不少國家已開始下一代碳衛星的研發工作，將面向全球盤點雙碳目標，更全面地解析全球和國家等多級目標對象的碳排放和碳匯情況。(作者為中國科學院大氣物理研究所碳中和研究中心副研究員 楊東旭)
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