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【中國環(huán)保在線 環(huán)境監(jiān)測】變暖、溫室效應(yīng)、天氣、霧霾……每一個詞都如一把重錘，不時地敲打人類脆弱的文明。從未有任何一個問題，如“氣候變化”一樣，牽動到世界上每一個人、甚至每一種生命。面對嚴峻的“氣候變化”形勢，減少二氧化碳等溫室氣體的排放已成為應(yīng)對“困局”的必然選擇，而提到溫室氣體的減排，碳排放的量化監(jiān)測是各國重要的技術(shù)基礎(chǔ)和保障。
12月22日3時22分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星。這是我國首顆、第三顆專門用于“看”大氣中二氧化碳含量的衛(wèi)星。
過去150年來，大氣中的二氧化碳的濃度從280ppm(百萬分之一)上升到400ppm，二氧化碳等溫室氣體引發(fā)的“溫室效應(yīng)”，被認為是變暖的罪魁禍首。持家得先有賬，收支清楚才能找出溫室氣體與氣候變化之間的關(guān)系。“動態(tài)監(jiān)測二氧化碳排放，對人類應(yīng)對氣候變化的影響有重要意義。”碳衛(wèi)星應(yīng)用科學家、國家衛(wèi)星氣象中心總工程師盧乃錳說。
此前，人類一直是通過地面站點監(jiān)測二氧化碳排放。雖然地面觀測的精度比衛(wèi)星觀測精度高，但地面監(jiān)測站數(shù)量有限，沒法得出范圍二氧化碳的空間分布情況。盧乃錳介紹，截至2010年左右，地面觀測站點僅有200多個，且不能監(jiān)測到海洋上空大氣中二氧化碳的含量。
如果說監(jiān)測各個區(qū)域二氧化碳濃度變化是賬目的“明細”，二氧化碳在的流動情況則是“總賬”。而單個站點的持續(xù)觀測，只能了解某個較小區(qū)域二氧化碳濃度的變化。要認識碳循環(huán)規(guī)律，就需要一種可以連續(xù)在尺度上獲取高精度的二氧化碳流動的手段。搭載溫室氣體探測儀器、借助衛(wèi)星遙感，是目前獲取各區(qū)域氣體濃度切實可行的手段。
與以往的氣象衛(wèi)星不同，碳衛(wèi)星是在可見光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測二氧化碳濃度。“大氣在太陽光照射下，二氧化碳分子會呈現(xiàn)光譜吸收特性，通過碳衛(wèi)星對二氧化碳光譜吸收線的精細測量，就可以反演出大氣二氧化碳的濃度。”碳衛(wèi)星應(yīng)用科學家盧乃錳說。
用通俗的話說，就是通過看“顏色”來識別二氧化碳氣體。中科院長春光學精密機械與物理研究所研究員鄭玉權(quán)解釋，太陽光經(jīng)過空氣時，空氣中的二氧化碳分子對許多精細的顏色有了不同程度吸收。通過光學儀器對這些色彩進行非常的測量，可以反向推算出二氧化碳分子數(shù)量，從而得知大氣中的二氧化碳濃度。
同時，多譜段云與氣溶膠探測儀負責測量云、大氣顆粒物等輔助信息，為科學家反向推演二氧化碳濃度剔除干擾因素。碳衛(wèi)星工程地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師楊忠東說，這臺儀器雖非“主角”，但它能監(jiān)測大氣中的顆粒物，將為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數(shù)據(jù)支撐。
為滿足碳衛(wèi)星在5種觀測模式和十余種指向模式間自如切換的要求，衛(wèi)星平臺研究人員為其打造出一副好“身板”。中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院碳衛(wèi)星總設(shè)計師尹增山說，“復(fù)雜姿態(tài)指向控制系統(tǒng)”讓衛(wèi)星能夠大角度姿態(tài)機動，跳出“太空華爾茲”。碳衛(wèi)星項目要求大氣中二氧化碳的濃度監(jiān)測精度優(yōu)于4ppm(百萬分比濃度)，即是說，當大氣中二氧化碳含量變化超過百萬分之四時，“千里眼”就必須發(fā)現(xiàn)。
反演驗證系統(tǒng)作為獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)后計算出二氧化碳和氣溶膠分布狀況的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是盧乃錳在采訪中反復(fù)提及的技術(shù)關(guān)鍵。通俗來講，太陽的光譜是確定的，如果已知二氧化碳濃度等大氣狀況，根據(jù)模型，計算出衛(wèi)星應(yīng)該觀測到的光譜，是正演；而根據(jù)衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)，由模型反算出二氧化碳濃度，就是反演。
“以往氣象衛(wèi)星所涉及到的反演問題，大多集中在紅外和微波譜段，而碳衛(wèi)星所涉及到的是可見光和近紅外譜段的反演問題，機理不同，難度加大。這需要考慮云與氣溶膠、氣壓、溫度、反照率等多因素的影響，重新設(shè)計全新的反演驗證系統(tǒng)。我們集中國內(nèi)優(yōu)勢單位聯(lián)合攻關(guān)，終于啃下了這塊硬骨頭，填補了國內(nèi)技術(shù)空白。”盧乃錳說。
掌握的二氧化碳分布狀況有什么用？科技部國家遙感中心總工程師李加洪說，在碳排放數(shù)據(jù)上知己知彼，對提升我國在氣候變化方面的話語權(quán)具有重要意義。李加洪介紹，我國發(fā)射的碳衛(wèi)星通過地面數(shù)據(jù)接收、處理與驗證系統(tǒng)，定期獲取二氧化碳分布圖，使我國在大氣二氧化碳監(jiān)測方面躋身前列。“持家先要有賬本，這個‘賬本’就是我們自己監(jiān)測到的碳排放量。” 李加洪說。
而在完成在軌測試后，碳衛(wèi)星將每隔16天對地球進行一次“體檢”，經(jīng)過2—3個月數(shù)據(jù)累計，完成對地球的全覆蓋。科學家從中可以得到不同季節(jié)、不同地區(qū)碳排放情況的“體檢報告”。據(jù)了解，相關(guān)職能部門已經(jīng)制定了碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理辦法，將適時與國內(nèi)外共享數(shù)據(jù)。碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)還已加載到國家綜合地球觀測數(shù)據(jù)共享平臺，被列入生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測年度報告的專題。
李加洪透露，中方還將與地球觀測組織共享碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過中歐“龍計劃”合作開展深度研究。科學家希望能與歐美等碳衛(wèi)星形成聯(lián)合觀測，共同造福人類。
(據(jù)新華社/董瑞豐、人民網(wǎng)/喻思孌 劉毅、中國科技網(wǎng)/陳磊 操秀英、中國新聞網(wǎng))
