中国向太空派了名“监督员”

□ 喻菲

中国向太空派了名“监督员”

□ 喻菲

碳卫星发射升空

2016年12月22日3时22分，中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将全球二氧化碳监测科学实验卫星（简称“碳卫星”）发射升空，它将从太空监测全球各国二氧化碳排放，为中国节能减排等宏观决策提供数据支撑。这一卫星的成功发射使中国继日本和美国后，成为世界上第三个能从太空监测温室气体排放的国家。

在未来3年中，这颗620千克重的碳卫星将在700千米太阳同步轨道上，每16天对地球进行一次全面“体检”，最终形成不同季节、不同地区二氧化碳排放情况的“体检报告”。

中国科学院微小卫星创新研究院碳卫星工程卫星系统总设计师尹增山说，科学家可以通过碳卫星了解大气二氧化碳的分布，而大气二氧化碳浓度是监测气候变化的一个重要指标。中国碳卫星的探测精度有望优于4ppm（百万分之四），可比肩国际最高水平。

碳卫星由科技部立项，由中科院国家空间科学中心负责工程总体，中科院微小卫星创新研究院负责卫星系统，中科院长春光学精密机械与物理研究所研制有效载荷，中国气象局国家卫星气象中心负责地面数据接收处理与二氧化碳反演验证系统的研制、建设和运行。

掌握二氧化碳排放第一手数据

当百年不遇的暴雨、千年一遇的洪水频繁出现，当降水丰沛的地方突然连年干旱，气候变化正威胁着人们赖以生存的家园。“从人类有限的对大气二氧化碳的地面直观观测史来看，150年来，大气中的二氧化碳的浓度已经从280ppm上升到400ppm。这导致过去100年全球平均气温上升了约0.7℃，由此导致灾害性天气频发、强度加大。”碳卫星首席应用科学家卢乃锰说。

全球二氧化碳的排放到底增加了多少? 二氧化碳含量是否还存在上升的趋势？科学家们迫切地想要寻找到答案。

中国科技部国家遥感中心总工程师李加洪说，碳卫星的发射将填补中国在温室气体监测方面的技术空白，使中国掌握第一手的二氧化碳监测数据，监测到的数据还可分享给全球的研究者。

专家说，碳卫星不仅可以给各国碳排放的收支情况算一笔账，评估各个国家是否履行减排承诺，还有助于更快、更高效地发现温室气体排放源。这将有利于提升中国应对全球气候变化的国际话语权，也将对当前进入活跃期的世界碳排放交易市场产生影响。

科学家还希望通过碳卫星发现全球的碳分布情况，找到二氧化碳的流动规律，提高对全球碳循环机制的认识，从而改进气候变化预测结果的可信度和稳定性。

联合国气候变化《巴黎协定》2016年11月4日正式生效。中国政府把应对气候变化视作实现自身可持续发展的内在要求和构建人类命运共同体的责任担当。中国提出的目标是，使二氧化碳排放于2030年左右达到峰值并争取尽早实现，到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右。2017年中国还将启动全国碳排放权交易市场。

可以说此时发射的碳卫星，“是一颗担当之星。”中国科学院副院长相里斌说。

为何要在太空监测？

卢乃锰介绍，虽然各国近年来纷纷做出二氧化碳减排承诺，但到底每个国家每年有多少碳排放还是一笔糊涂账。因为通过数量有限的地面监测站难以获得全球的数据，所以需要一种全球范围区域尺度的二氧化碳的测量手段。

尹增山说，利用卫星进行全球二氧化碳监测已经成为一种重要手段，日本与美国分别于2009年、2014年各发射了一颗碳卫星。不过，监测全球二氧化碳的变化情况，仅靠这两颗卫星是远远不够的，目前这方面的全球数据仍不足。

碳卫星工程地面应用系统总指挥、国家卫星气象中心副主任张鹏说：“在使用卫星监测二氧化碳之前，我们只能通过地面站点观测大气中的二氧化碳含量。而地面站点的观测具有区域性、局地性的缺陷；对于占地球表面积71%的海洋，地面站点是无法监测到的，而碳卫星能够监测到海洋上空的二氧化碳含量。”

“目前，世界上只有美国和日本拥有碳监测卫星，我们很难获得第一手观测资料。利用卫星监测大气当中的二氧化碳，是非常前沿的技术，需要高光谱分辨率、高灵敏度的先进遥感仪器，所以中国研发碳卫星也是非常重大的技术革新。”张鹏说。

李加洪说：“我们希望通过这颗卫星和美国、日本等其他国家合作形成碳卫星‘虚拟星座’，联合观测大气二氧化碳，为全球气候变化提供更加丰富的监测数据。”

澳大利亚悉尼南部的肯布拉港的一家钢铁厂的烟囱正在排放蒸汽

在与国外同类卫星探测结果的比对中，如何确保中国的数据是准确的？碳卫星地面应用系统总设计师杨忠东介绍，中国建设了6个地基观测站来标定卫星的探测数据，并验证卫星的探测精度。

他说，为了满足社会经济需要，中国未来需要研制更多的二氧化碳监测卫星，中国还将在风云系列未来两个卫星上携带二氧化碳观测仪器。

它视力好，会跳太空华尔兹

据介绍，科研人员经过近6年研制出的碳卫星，由模块化卫星平台、高精度二氧化碳探测仪与云和气溶胶探测仪载荷组成。

专家解释说，当太阳光照射在大气上，二氧化碳分子会产生特有的光谱吸收线，碳卫星就靠探测这种特征谱线来监测它的变化。研制人员采用了大面积光栅分光技术，为碳卫星赋予了超凡的“视力”。在大气中，二氧化碳的浓度只有万分之四左右，如此低浓度的二氧化碳只要有1%的浓度变化，就会被碳卫星发现。

李加洪说，卫星的云和气溶胶探测仪可以排除云和空气中气溶胶的影响，二氧化碳监测数据更加准确，这一探测仪器还可用于监测雾霾。

一只北极熊正从一块浮冰跳向另一块浮冰，全球气候变暖使得北极的生态环境更加脆弱

尹增山介绍，碳卫星有好几种观测模式。一种是“斜着看”，即“耀斑观测模式”，利用太阳在海面的镜面反射提高信噪比，获取海面上空的二氧化碳数据。一种是“竖着看”，即“天底探测模式”，利用地面的漫反射特性开展地面二氧化碳的观测。

为了实现多种模式的观测，科研人员还为卫星配备了复杂姿态控制系统，使它可以在太空中不断调整姿态，被戏称为“太空中的华尔兹舞步”。

“从碳卫星的短期目标来看，发射成功后，我们完全可以给出全世界全年碳分布数据，也可以解释发达国家、不发达国家各自的碳贡献。特别是对中国来说，我们可以对全国各个省份、各个城市的碳排放量有详细的监测和分析，能够清楚知道哪个省份哪个区域有更多碳排放。”来自中科院长春光机所的卫星载荷研制人员蔺超说。★