這個(gè)“監(jiān)督員”上天啦！可監(jiān)測(cè)全球各國(guó)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(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁火箭成功發(fā)射一顆衛(wèi)星,它將從太空監(jiān)測(cè)全球各國(guó)二氧化碳排放，為中國(guó)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(guó)繼日本和美國(guó)后，成為世界上第三個(gè)能從太空監(jiān)測(cè)溫室氣體排放的國(guó)家。

12月22日3時(shí)22分，中國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱“碳衛(wèi)星”）發(fā)射升空。新華社發(fā)（任暉 攝）

在未來(lái)3年中，這顆620公斤重的全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱碳衛(wèi)星），將在700公里太陽(yáng)同步軌道上，每16天對(duì)地球進(jìn)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(bào)告”。

中國(guó)科學(xué)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(jì)師尹增山說(shuō)，科學(xué)家可以通過(guò)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(cè)氣候變化的一個(gè)重要指標(biāo)。中國(guó)碳衛(wèi)星的探測(cè)精度有望優(yōu)于4ppm（百萬(wàn)分之四），可比肩國(guó)際最高水平。

碳衛(wèi)星由科技部立項(xiàng)，由中科院國(guó)家空間科學(xué)中心負(fù)責(zé)工程總體，中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院負(fù)責(zé)衛(wèi)星系統(tǒng)，中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研制有效載荷，中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心負(fù)責(zé)地面數(shù)據(jù)接收處理與二氧化碳反演驗(yàn)證系統(tǒng)的研制、建設(shè)和運(yùn)行。用于發(fā)射任務(wù)的長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬上海航天技術(shù)研究院研制。這次發(fā)射是長(zhǎng)征系列運(yùn)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?jǐn)?shù)據(jù)

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

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(shì)？科學(xué)家們迫切地想要尋找到答案。

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

專家說(shuō)，碳衛(wèi)星不僅可以給各國(guó)碳排放的收支情況算一筆賬，評(píng)估各個(gè)國(guó)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(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，也將對(duì)當(dāng)前進(jìn)入活躍期的世界碳排放交易市場(chǎng)產(chǎn)生影響。

科學(xué)家還希望通過(guò)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(dòng)規(guī)律，提高對(duì)全球碳循環(huán)機(jī)制的認(rèn)識(shí),從而改進(jìn)氣候變化預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度和穩(wěn)定性。

聯(lián)合國(guó)氣候變化《巴黎協(xié)定》11月4日正式生效。中國(guó)政府把應(yīng)對(duì)氣候變化視作實(shí)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(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。中國(guó)提出的目標(biāo)是，使二氧化碳排放于2030年左右達(dá)到峰值并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)，到2030年單位國(guó)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(fèi)比重達(dá)到20%左右。2017年中國(guó)還將啟動(dòng)全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)。

可以說(shuō)此時(shí)發(fā)射的碳衛(wèi)星，“是一顆擔(dān)當(dāng)之星。” 中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)相里斌說(shuō)。

碳衛(wèi)星示意圖 中國(guó)科學(xué)院供圖

為何要在太空監(jiān)測(cè)？

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

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

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

“目前，世界上只有美國(guó)和日本擁有碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，我們很難獲得第一手觀測(cè)資料。利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)大氣當(dāng)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(jìn)遙感儀器，所以中國(guó)研發(fā)碳衛(wèi)星也是非常重大的技術(shù)革新。”張鵬說(shuō)。

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

在與國(guó)外同類衛(wèi)星探測(cè)結(jié)果的比對(duì)中，如何確保中國(guó)的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的？碳衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊忠東介紹，中國(guó)建設(shè)了6個(gè)地基觀測(cè)站來(lái)標(biāo)定衛(wèi)星的探測(cè)數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證衛(wèi)星的探測(cè)精度。

他說(shuō)，為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)需要，中國(guó)未來(lái)需要研制更多的二氧化碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星，中國(guó)還將在風(fēng)云系列未來(lái)兩個(gè)衛(wèi)星上攜帶二氧化碳觀測(cè)儀器。

碳衛(wèi)星示意圖 中國(guó)科學(xué)院供圖

它視力好，會(huì)跳太空華爾茲

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

專家解釋說(shuō)，當(dāng)太陽(yáng)光照射在大氣上，二氧化碳分子會(huì)產(chǎn)生特有的光譜吸收線，碳衛(wèi)星就靠探測(cè)這種特征譜線來(lái)監(jiān)測(cè)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(wàn)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(huì)被碳衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)。

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

尹增山介紹，碳衛(wèi)星有好幾種觀測(cè)模式。一種是“斜著看”，即“耀斑觀測(cè)模式”，利用太陽(yáng)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(cè)模式”，利用地面的漫反射特性開展地面二氧化碳的觀測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)多種模式的觀測(cè)，科研人員還為衛(wèi)星配備了復(fù)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(biāo)來(lái)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(dá)國(guó)家、不發(fā)達(dá)國(guó)家各自的碳貢獻(xiàn)。特別是對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，我們可以對(duì)全國(guó)各個(gè)省份、各個(gè)城市的碳排放量有詳細(xì)的監(jiān)測(cè)和分析，能夠清楚知道哪個(gè)省份哪個(gè)區(qū)域有更多碳排放。”來(lái)自中科院長(zhǎng)春光機(jī)所的衛(wèi)星載荷研制人員藺超說(shuō)。