這個“監(jiān)督員”上天啦！可監(jiān)測全球各國二氧化碳排放

新華社酒泉12月22日新媒體專電（記者喻菲）22日凌晨，中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁火箭成功發(fā)射一顆衛(wèi)星,它將從太空監(jiān)測全球各國二氧化碳排放，為中國節(jié)能減排等宏觀決策提供數(shù)據(jù)支撐。

這一衛(wèi)星的成功發(fā)射使中國繼日本和美國后，成為世界上第三個能從太空監(jiān)測溫室氣體排放的國家。

12月22日3時22分，中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星（簡稱“碳衛(wèi)星”）發(fā)射升空。新華社發(fā)（任暉 攝）

在未來3年中，這顆620公斤重的全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星（簡稱碳衛(wèi)星），將在700公里太陽同步軌道上，每16天對地球進行一次全面“體檢”,最終形成不同季節(jié)、不同地區(qū)二氧化碳排放情況的“體檢報告”。

中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院碳衛(wèi)星工程衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計師尹增山說，科學家可以通過碳衛(wèi)星了解大氣二氧化碳的分布，而大氣二氧化碳濃度是監(jiān)測氣候變化的一個重要指標。中國碳衛(wèi)星的探測精度有望優(yōu)于4ppm（百萬分之四），可比肩國際最高水平。

碳衛(wèi)星由科技部立項，由中科院國家空間科學中心負責工程總體，中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院負責衛(wèi)星系統(tǒng)，中科院長春光學精密機械與物理研究所研制有效載荷，中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心負責地面數(shù)據(jù)接收處理與二氧化碳反演驗證系統(tǒng)的研制、建設(shè)和運行。用于發(fā)射任務(wù)的長征二號丁運載火箭由中國航天科技集團公司所屬上海航天技術(shù)研究院研制。這次發(fā)射是長征系列運載火箭的第243次飛行。此次任務(wù)，還搭載發(fā)射了1顆高分微納衛(wèi)星和2顆光譜微納衛(wèi)星。

圖為2011年7月7日在澳大利亞悉尼南部的肯布拉港拍攝的一家鋼鐵廠的煙囪正在排放蒸汽。;新華社/路透

掌握二氧化碳排放第一手數(shù)據(jù)

“從人類有限的對大氣二氧化碳的地面直觀觀測史來看，150年來，大氣中的二氧化碳的濃度已經(jīng)從280ppm上升到400ppm。這導致過去100年全球平均氣溫上升了約0.7攝氏度，由此導致災(zāi)害性天氣頻發(fā)、強度加大。”碳衛(wèi)星首席應(yīng)用科學家盧乃錳說。

全球二氧化碳的排放到底增加了多少? 二氧化碳含量是否還存在上升的趨勢？科學家們迫切地想要尋找到答案。

中國科技部國家遙感中心總工程師李加洪說，碳衛(wèi)星的發(fā)射將填補中國在溫室氣體監(jiān)測方面的技術(shù)空白，使中國掌握第一手的二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)還可分享給全球的研究者。

專家說，碳衛(wèi)星不僅可以給各國碳排放的收支情況算一筆賬，評估各個國家是否履行減排承諾，還有助于更快、更高效地發(fā)現(xiàn)溫室氣體排放源。這將有利于提升中國應(yīng)對全球氣候變化的國際話語權(quán)，也將對當前進入活躍期的世界碳排放交易市場產(chǎn)生影響。

科學家還希望通過碳衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)全球的碳分布情況，找到二氧化碳的流動規(guī)律，提高對全球碳循環(huán)機制的認識,從而改進氣候變化預測結(jié)果的可信度和穩(wěn)定性。

聯(lián)合國氣候變化《巴黎協(xié)定》11月4日正式生效。中國政府把應(yīng)對氣候變化視作實現(xiàn)自身可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求和構(gòu)建人類命運共同體的責任擔當。中國提出的目標是，使二氧化碳排放于2030年左右達到峰值并爭取盡早實現(xiàn)，到2030年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%到65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右。2017年中國還將啟動全國碳排放權(quán)交易市場。

可以說此時發(fā)射的碳衛(wèi)星，“是一顆擔當之星。” 中國科學院副院長相里斌說。

碳衛(wèi)星示意圖 中國科學院供圖

為何要在太空監(jiān)測？

盧乃錳介紹,雖然各國近年來紛紛做出二氧化碳減排承諾,但到底每個國家每年有多少碳排放還是一筆糊涂賬。

尹增山說，利用衛(wèi)星進行全球二氧化碳監(jiān)測已經(jīng)成為一種重要手段,日本與美國分別于2009年、2014年各發(fā)射了一顆碳衛(wèi)星。不過，監(jiān)測全球二氧化碳的變化情況，僅靠這兩顆衛(wèi)星是遠遠不夠的。

碳衛(wèi)星工程地面應(yīng)用系統(tǒng)總指揮、國家衛(wèi)星氣象中心副主任張鵬說：“在使用衛(wèi)星監(jiān)測二氧化碳之前，我們只能通過地面站點觀測大氣中的二氧化碳含量。而地面站點的觀測具有區(qū)域性、局地性的缺陷；對于占地球表面積71%的海洋，地面站點是無法監(jiān)測到的，而碳衛(wèi)星能夠監(jiān)測到海洋上空的二氧化碳含量。”

“目前，世界上只有美國和日本擁有碳監(jiān)測衛(wèi)星，我們很難獲得第一手觀測資料。利用衛(wèi)星監(jiān)測大氣當中的二氧化碳，是非常前沿的技術(shù)，需要高光譜分辨率、高靈敏度的先進遙感儀器，所以中國研發(fā)碳衛(wèi)星也是非常重大的技術(shù)革新。”張鵬說。

李加洪說：“我們希望通過這顆衛(wèi)星和美國、日本等其他國家合作形成碳衛(wèi)星‘虛擬星座’，聯(lián)合觀測大氣二氧化碳，為全球氣候變化提供更加豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)。”

在與國外同類衛(wèi)星探測結(jié)果的比對中，如何確保中國的數(shù)據(jù)是準確的？碳衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師楊忠東介紹，中國建設(shè)了6個地基觀測站來標定衛(wèi)星的探測數(shù)據(jù)，并驗證衛(wèi)星的探測精度。

他說，為了滿足社會經(jīng)濟需要，中國未來需要研制更多的二氧化碳監(jiān)測衛(wèi)星，中國還將在風云系列未來兩個衛(wèi)星上攜帶二氧化碳觀測儀器。

碳衛(wèi)星示意圖 中國科學院供圖

它視力好，會跳太空華爾茲

據(jù)介紹，科研人員經(jīng)過近6年研制出的碳衛(wèi)星，由模塊化衛(wèi)星平臺、高精度二氧化碳探測儀與云和氣溶膠探測儀載荷組成。

專家解釋說，當太陽光照射在大氣上，二氧化碳分子會產(chǎn)生特有的光譜吸收線，碳衛(wèi)星就靠探測這種特征譜線來監(jiān)測它的變化。研制人員采用了大面積光柵分光技術(shù)，為碳衛(wèi)星賦予了超凡的“視力”。在大氣中，二氧化碳的濃度只有萬分之四左右，如此低濃度的二氧化碳只要有1%的濃度變化，就會被碳衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)。

李加洪說，衛(wèi)星的云和氣溶膠探測儀可以排除云和空氣中氣溶膠的影響,二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)更加準確，這一探測儀器還可用于監(jiān)測霧霾。

尹增山介紹，碳衛(wèi)星有好幾種觀測模式。一種是“斜著看”，即“耀斑觀測模式”，利用太陽在海面的鏡面反射提高信噪比，獲取海面上空的二氧化碳數(shù)據(jù)。一種是“豎著看”，即“天底探測模式”，利用地面的漫反射特性開展地面二氧化碳的觀測。

為了實現(xiàn)多種模式的觀測，科研人員還為衛(wèi)星配備了復雜姿態(tài)控制系統(tǒng)，使它可以在太空中不斷調(diào)整姿態(tài)，被戲稱為“太空中的華爾茲舞步”。

“從碳衛(wèi)星的短期目標來看，發(fā)射成功后，我們完全可以給出全世界全年碳分布數(shù)據(jù)，也可以解釋發(fā)達國家、不發(fā)達國家各自的碳貢獻。特別是對中國來說，我們可以對全國各個省份、各個城市的碳排放量有詳細的監(jiān)測和分析，能夠清楚知道哪個省份哪個區(qū)域有更多碳排放。”來自中科院長春光機所的衛(wèi)星載荷研制人員藺超說。