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【中國(guó)環(huán)保在線 環(huán)境監(jiān)測(cè)】變暖、溫室效應(yīng)、天氣、霧霾……每一個(gè)詞都如一把重錘，不時(shí)地敲打人類脆弱的文明。從未有任何一個(gè)問(wèn)題，如“氣候變化”一樣，牽動(dòng)到世界上每一個(gè)人、甚至每一種生命。面對(duì)嚴(yán)峻的“氣候變化”形勢(shì)，減少二氧化碳等溫室氣體的排放已成為應(yīng)對(duì)“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(cè)是各國(guó)重要的技術(shù)基礎(chǔ)和保障。
12月22日3時(shí)22分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。這是我國(guó)首顆、第三顆專門(mén)用于“看”大氣中二氧化碳含量的衛(wèi)星。
過(guò)去150年來(lái)，大氣中的二氧化碳的濃度從280ppm(百萬(wàn)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(rèn)為是變暖的罪魁禍?zhǔn)?。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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)二氧化碳排放，對(duì)人類應(yīng)對(duì)氣候變化的影響有重要意義。”碳衛(wèi)星應(yīng)用科學(xué)家、國(guó)家衛(wèi)星氣象中心總工程師盧乃錳說(shuō)。
此前，人類一直是通過(guò)地面站點(diǎn)監(jiān)測(cè)二氧化碳排放。雖然地面觀測(cè)的精度比衛(wèi)星觀測(cè)精度高，但地面監(jiān)測(cè)站數(shù)量有限，沒(méi)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(cè)站點(diǎn)僅有200多個(gè)，且不能監(jiān)測(cè)到海洋上空大氣中二氧化碳的含量。
如果說(shuō)監(jiān)測(cè)各個(gè)區(qū)域二氧化碳濃度變化是賬目的“明細(xì)”，二氧化碳在的流動(dòng)情況則是“總賬”。而單個(gè)站點(diǎn)的持續(xù)觀測(cè)，只能了解某個(gè)較小區(qū)域二氧化碳濃度的變化。要認(rèn)識(shí)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(dòng)的手段。搭載溫室氣體探測(cè)儀器、借助衛(wèi)星遙感，是目前獲取各區(qū)域氣體濃度切實(shí)可行的手段。
與以往的氣象衛(wèi)星不同，碳衛(wèi)星是在可見(jiàn)光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測(cè)二氧化碳濃度。“大氣在太陽(yáng)光照射下，二氧化碳分子會(huì)呈現(xiàn)光譜吸收特性，通過(guò)碳衛(wèi)星對(duì)二氧化碳光譜吸收線的精細(xì)測(cè)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(xué)家盧乃錳說(shuō)。
用通俗的話說(shuō)，就是通過(guò)看“顏色”來(lái)識(shí)別二氧化碳?xì)怏w。中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員鄭玉權(quán)解釋，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)空氣時(shí)，空氣中的二氧化碳分子對(duì)許多精細(xì)的顏色有了不同程度吸收。通過(guò)光學(xué)儀器對(duì)這些色彩進(jìn)行非常的測(cè)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(shí)，多譜段云與氣溶膠探測(cè)儀負(fù)責(zé)測(cè)量云、大氣顆粒物等輔助信息，為科學(xué)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(jì)師楊忠東說(shuō)，這臺(tái)儀器雖非“主角”，但它能監(jiān)測(cè)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(cè)模式和十余種指向模式間自如切換的要求，衛(wèi)星平臺(tái)研究人員為其打造出一副好“身板”。中國(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院碳衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師尹增山說(shuō)，“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(jī)動(dòng)，跳出“太空華爾茲”。碳衛(wèi)星項(xiàng)目要求大氣中二氧化碳的濃度監(jiān)測(cè)精度優(yōu)于4ppm(百萬(wàn)分比濃度)，即是說(shuō)，當(dāng)大氣中二氧化碳含量變化超過(guò)百萬(wàn)分之四時(shí)，“千里眼”就必須發(fā)現(xiàn)。
反演驗(yàn)證系統(tǒng)作為獲取衛(wèi)星數(shù)據(jù)后計(jì)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(lái)講，太陽(yáng)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(jì)算出衛(wèi)星應(yīng)該觀測(cè)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(wèn)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(jiàn)光和近紅外譜段的反演問(wèn)題，機(jī)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(jì)全新的反演驗(yàn)證系統(tǒng)。我們集中國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位聯(lián)合攻關(guān)，終于啃下了這塊硬骨頭，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。”盧乃錳說(shuō)。
掌握的二氧化碳分布狀況有什么用？科技部國(guó)家遙感中心總工程師李加洪說(shuō)，在碳排放數(shù)據(jù)上知己知彼，對(duì)提升我國(guó)在氣候變化方面的話語(yǔ)權(quán)具有重要意義。李加洪介紹，我國(guó)發(fā)射的碳衛(wèi)星通過(guò)地面數(shù)據(jù)接收、處理與驗(yàn)證系統(tǒng)，定期獲取二氧化碳分布圖，使我國(guó)在大氣二氧化碳監(jiān)測(cè)方面躋身前列。“持家先要有賬本，這個(gè)‘賬本’就是我們自己監(jiān)測(cè)到的碳排放量。” 李加洪說(shuō)。
而在完成在軌測(cè)試后，碳衛(wèi)星將每隔16天對(duì)地球進(jìn)行一次“體檢”，經(jīng)過(guò)2—3個(gè)月數(shù)據(jù)累計(jì)，完成對(duì)地球的全覆蓋。科學(xué)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(bào)告”。據(jù)了解，相關(guān)職能部門(mén)已經(jīng)制定了碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)管理辦法，將適時(shí)與國(guó)內(nèi)外共享數(shù)據(jù)。碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)還已加載到國(guó)家綜合地球觀測(cè)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，被列入生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)年度報(bào)告的專題。
李加洪透露，中方還將與地球觀測(cè)組織共享碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過(guò)中歐“龍計(jì)劃”合作開(kāi)展深度研究?？茖W(xué)家希望能與歐美等碳衛(wèi)星形成聯(lián)合觀測(cè)，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(guó)科技網(wǎng)/陳磊 操秀英、中國(guó)新聞網(wǎng))
