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【中國環保在線 環境監測】變暖、溫室效應、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，碳排放的量化監測是各國重要的技術基礎和保障。
12月22日3時22分，我國在酒泉衛星發射中心成功發射二氧化碳監測科學實驗衛星。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的“溫室效應”，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系。“動態監測二氧化碳排放，對人類應對氣候變化的影響有重要意義。”碳衛星應用科學家、國家衛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測二氧化碳排放。雖然地面觀測的精度比衛星觀測精度高，但地面監測站數量有限，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，且不能監測到海洋上空大氣中二氧化碳的含量。
如果說監測各個區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”。而單個站點的持續觀測，只能了解某個較小區域二氧化碳濃度的變化。要認識碳循環規律，就需要一種可以連續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、借助衛星遙感，是目前獲取各區域氣體濃度切實可行的手段。
與以往的氣象衛星不同，碳衛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光譜吸收特性，通過碳衛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。”碳衛星應用科學家盧乃錳說。
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解釋，太陽光經過空氣時，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。碳衛星工程地面應用系統總設計師楊忠東說，這臺儀器雖非“主角”，但它能監測大氣中的顆粒物，將為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數據支撐。
為滿足碳衛星在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”。中國科學院微小衛星創新研究院碳衛星總設計師尹增山說，“復雜姿態指向控制系統”讓衛星能夠大角度姿態機動，跳出“太空華爾茲”。碳衛星項目要求大氣中二氧化碳的濃度監測精度優于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”就必須發現。
反演驗證系統作為獲取衛星數據后計算出二氧化碳和氣溶膠分布狀況的關鍵環節，也是盧乃錳在采訪中反復提及的技術關鍵。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，根據模型，計算出衛星應該觀測到的光譜，是正演；而根據衛星獲取的數據，由模型反算出二氧化碳濃度，就是反演。
“以往氣象衛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，重新設計全新的反演驗證系統。我們集中國內優勢單位聯合攻關，終于啃下了這塊硬骨頭，填補了國內技術空白。”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，在碳排放數據上知己知彼，對提升我國在氣候變化方面的話語權具有重要意義。李加洪介紹，我國發射的碳衛星通過地面數據接收、處理與驗證系統，定期獲取二氧化碳分布圖，使我國在大氣二氧化碳監測方面躋身前列。“持家先要有賬本，這個‘賬本’就是我們自己監測到的碳排放量。” 李加洪說。
而在完成在軌測試后，碳衛星將每隔16天對地球進行一次“體檢”，經過2—3個月數據累計，完成對地球的全覆蓋。科學家從中可以得到不同季節、不同地區碳排放情況的“體檢報告”。據了解，相關職能部門已經制定了碳衛星數據管理辦法，將適時與國內外共享數據。碳衛星數據還已加載到國家綜合地球觀測數據共享平臺，被列入生態環境遙感監測年度報告的專題。
李加洪透露，中方還將與地球觀測組織共享碳衛星數據，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星形成聯合觀測，共同造福人類。
(據新華社/董瑞豐、人民網/喻思孌 劉毅、中國科技網/陳磊 操秀英、中國新聞網)
