【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】中國科學(xué)院大氣物理研究所中國碳衛(wèi)星研究團隊聯(lián)合芬蘭氣象研究所團隊首次利用中國碳衛(wèi)星（TanSat）觀測定量識別和計算城市碳排放，證實了中國碳衛(wèi)星具有城市級別碳排放監(jiān)測的能力。在溫室氣體遙感監(jiān)測合作協(xié)議支持下，本研究聯(lián)合使用了歐洲哨兵衛(wèi)星（Sentinel-5P）的二氧化氮（NO2）觀測。研究結(jié)果于今日在線發(fā)表在SCI期刊《大氣科學(xué)進展》上。

團隊成員、中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員楊東旭欣喜地告訴記者：“我國下一代碳衛(wèi)星將是一個天基系統(tǒng)，其論證設(shè)計工作已經(jīng)開始，”屆時，中國碳衛(wèi)星的探測能力將得到進一步提升。

中外城市二氧化碳排放觀測結(jié)果一致

應(yīng)對或減緩全球變暖，是人類在21世紀面臨的挑戰(zhàn)。楊東旭介紹說，由于化石燃料燃燒和土地利用變化等人為活動，二氧化碳（CO2）濃度增加了40%以上。“與化石燃料使用有關(guān)的排放尤其局限于當?shù)�，城市地區(qū)是全球CO2排放量的主要貢獻者，占全球排放量70%以上。”

盡管新冠肺炎疫情對全球經(jīng)濟體造成了較大的影響，但化石燃料CO2排放量2021年仍然增加了5%。與此同時，在計算人為排放方面仍然存在較大的不確定性。

“利用碳監(jiān)測衛(wèi)星進行全球人為排放的監(jiān)測更具優(yōu)越性。”楊東旭告訴記者，碳監(jiān)測衛(wèi)星直接觀測大氣CO2濃度，僅憑單一CO2要素的觀測，定量區(qū)分CO2濃度變化源來自人為排放還是自然過程是一個難點問題�；剂先紵秊镃O2人為排放之主要來源，而石油等化石燃料的燃燒伴隨排放二氧化氮（NO2），即人為排放CO2和NO2具有較強的同源性，“因此，理論上通過NO2和CO2的同步監(jiān)測，就可以有效地計算對人為碳排放。”

楊東旭介紹說，研究聯(lián)合應(yīng)用了中國碳衛(wèi)星CO2觀測數(shù)據(jù)和歐洲哨兵衛(wèi)星的二氧化氮（NO2）觀測數(shù)據(jù)，選取了我國唐山（2018年5月6日）和日本東京（2018年3月29日）兩個個例，定量計算了人為碳排放和NO2的相關(guān)性。“計算結(jié)果和排放清單給出的結(jié)果一致，論證了通過聯(lián)合應(yīng)用中國碳衛(wèi)星和歐洲哨兵衛(wèi)星的協(xié)同觀測，可以對CO2/ NO2排放比例進行定量監(jiān)測。同時，這也標志著我國已經(jīng)具備空間監(jiān)測人為活動碳排放的能力。”

圖1. 中國碳衛(wèi)星聯(lián)合哨兵衛(wèi)星監(jiān)測我國唐山地區(qū)（2018年5月6日）人為排放示意圖。左面顯示2018年5月6日唐山（中國）附近的TanSat XCO2觀測疊加了哨兵的NO2觀測。風場（ERA5）如箭頭所示。右圖（上圖和下圖分別）顯示了TanSat軌道上的XCO2和NO2觀測值。黑點表示運行平均值。橙色表示通過線性擬合從NO2對流層柱轉(zhuǎn)換的XCO2。

中國碳衛(wèi)星監(jiān)測能力進一步提升

當前溫室氣體減排的成效評估多依賴于清單方法，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）制定了《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》（下稱《指南》），要求各國清單須按照《指南》的方法要求編制。即便如此，國別清單的全球一致性、區(qū)域偏差、透明度等問題，依然無法避免。大氣CO2濃度觀測溯源排放的方法在偏差和透明度等方面具有優(yōu)勢，因此2019年修訂版《指南》將該方法正式納入。在以大氣觀測的碳排放（碳匯）反演方法體系中，觀測數(shù)據(jù)尤為重要。而衛(wèi)星因其觀測方式的特殊性，在大氣反演中占據(jù)著不可替代的位置。

2009年，日本成功發(fā)射了國際上第一顆溫室氣體專用探測衛(wèi)星GOSAT；2014年，美國OCO—2發(fā)射升空。2016年12月22日，中國碳衛(wèi)星從酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地順利發(fā)射升空并在軌運行，成為世界第三顆溫室氣體衛(wèi)星。中國碳衛(wèi)星，全稱為“全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星（TanSat）”，目標是實現(xiàn)全球大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比（XCO2，以下簡稱“濃度”）的高精度監(jiān)測，為碳排放科學(xué)研究提供衛(wèi)星資料。

中國碳衛(wèi)星是一顆近極地太陽同步衛(wèi)星。其上搭載了主載荷“高光譜分辨率大氣二氧化碳探測儀（ACDS）”和輔助載荷“云和氣溶膠偏振成像儀（CAPI）”。其中，主載荷高光譜分辨率大氣二氧化碳探測儀，利用對地球反射的近紅外/短波紅外太陽輻射對大氣中二氧化碳的含量進行探測。

自從我國碳衛(wèi)星升空后，經(jīng)在軌測試和定標，第一版XCO2科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品于2017年10月對全球發(fā)布；第二版XCO2科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品將精度提升至1.47ppm的國際先進水平精度；基于第二版科學(xué)產(chǎn)品，中國碳衛(wèi)星獲得了全球CO2通量的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

2020年初，科技部國家遙感中心與歐洲空間局簽署了溫室氣體遙感監(jiān)測合作協(xié)議，推動中國碳衛(wèi)星加入歐洲空間局第三方衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用計劃，也表明中國碳衛(wèi)星及其觀測數(shù)據(jù)開始逐步走向世界。研究在該協(xié)議的支持下，聯(lián)合使用了中國碳衛(wèi)星和歐洲哨兵衛(wèi)星，進一步提升了中國碳衛(wèi)星的監(jiān)測能力。

中國碳衛(wèi)星即將迎來發(fā)射6周年紀念。我國下一代碳衛(wèi)星的論證設(shè)計工作已經(jīng)開始，衛(wèi)星的研制工作也即將啟動。新一代衛(wèi)星將在秉承第一代衛(wèi)星所具有的技術(shù)優(yōu)勢基礎(chǔ)上，進一步提升探測能力，以應(yīng)用需求與科學(xué)需求為出發(fā)點。“目標測量將以城市為重點，以高定量、高時頻、高分辨探測XCO2從城市中心到郊區(qū)的梯度，以提高排放量估算的準確性。”楊東旭介紹說，下一代碳衛(wèi)星將是一個天基系統(tǒng)，希望每天可多次覆蓋一個城市或點源，同時將具備協(xié)同的NO2觀測能力，用于更好地對人為碳排放量進行獨立測算。

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