厉害了我的国！“碳卫星”上天，自带雾霾监测功能

中国“碳卫星”为什么要上天？

气候变化一直是全世界关注的热词。但是，国际上对影响全球气候变化关键因子的连续监测和分析仍很薄弱，尚未形成完备的基础数据。

“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摄氏度，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到，目前主流观点认为，如果温度继续上升，即使此后将二氧化碳浓度减小，地球也会发生不可逆的变化。

▲2015年12月22日，NASA公布的首张全球二氧化碳分布图，其中中低纬度部分地区的大气二氧化碳浓度突破了400ppm。

但是目前全球地面的观测点不能解决全球大气碳含量的空间分布问题，更不能监测到海洋上空大气中二氧化碳的含量，在全球和区域尺度上无法准确获取二氧化碳通量（单位时间内通过单位面积的二氧化碳总量）信息。所以，需要通过空间观测手段，完成对全球和区域范围内二氧化碳的测量，以提高人类对全球碳循环过程的理论认识，进而改进气候变化预测结果的可信度和稳定性。

▲北京时间12月22日3时22分，中国首颗“碳卫星”发射升空。（新华社发 任晖 摄）

2009年，日本发射了世界首颗温室气体观测卫星（GOSAT）。同年，美国的碳卫星（OCO-1）首次发射失败，后于2014年再次发射其替代者OCO-2。

此次中国“碳卫星”的上天，有利于中国在二氧化碳监测问题上拥有自主数据才能在全球气候谈判中掌握主动权。而且中国政府研制并发射“碳卫星”，对全球大气中二氧化碳浓度进行动态监测，进而给出全球碳分布数据，这不仅是中国应对全球气候变化采取的积极行动，而且也体现了负责任大国的担当。

中国“碳卫星”究竟有多牛？

“碳卫星”在太空工作时需要“翩翩起舞”，虽然看上去很优美，但是万一转过去转不回来了，怎么办呢？所以，“碳卫星”对卫星的技术要求极高。

而且这颗卫星有着极为复杂的观测模式。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。因为还要对日定标（利用太阳光作为标准源标定仪器的观测值）、对月定标和对地定标（利用地面高精度测量设备提高数据一致性），再加上多种观测模式交互进行，碳卫星就要不断调整姿势，跳起“太空华尔兹”。这，也被科研人员称为“跳着舞看”。

▲卫星的天底和耀斑观测模式

据悉，碳卫星实现大气温室气体探测是基于大气吸收池原理：二氧化碳、氧气等气体在近红外至短波红外波段有较多的气体吸收，形成特征大气吸收光谱，对吸收光谱的强弱进行严格定量测量，综合气压、温度等辅助信息并排除大气悬浮微粒等干扰因素，借助一系列的模型计算，即可推演出全球二氧化碳的通量变化。

▲温室气体大气吸收池原理示意图

中科院长春光机所研究员郑玉权介绍，要获取高精度的大气吸收光谱，就要依靠碳卫星的主载荷——高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。二氧化碳探测仪采用大面积衍射光栅对吸收光谱进行细分，能够探测2.06μm、1.6μm、0.76μm三个大气吸收光谱通道，最高分辨率达到0.04nm，如此高的分辨率在国内光谱仪器的研制上尚属首次。

“碳卫星”每16天对地球进行一次全面体检，检测的数据发送给地面，经过解析和处理可以最终形成不同季节、不同地区排放情况的 “体检报告”。

这颗“碳卫星”还能监测雾霾？

碳卫星上除了搭载二氧化碳探测仪，还有另一件“利器”——多谱段云与气溶胶探测仪。它们可以测量云、大气颗粒物等辅助信息，虽然不是"主角"，但千万别小看它们，它们可能给我们带来很多意想不到的收获——比如说监测雾霾。

众所周知，雾霾主要是由于空气中的PM2．5等大气细颗粒物集聚而成，而“碳卫星”对于大气颗粒物的监测数据，可以给气象学家为研究PM2.5等大气污染提供重要数据支撑。

研究人员表示，具体如何监测雾霾，还要等“碳卫星”传送回第一份数据后再做分析判断。 

文字综合新华网、人民网、科技日报、中国气象报

来源：新华网

编辑：李政（实习）