中国碳卫星获取首个全球碳通量数据集

新京报讯（记者 张璐）记者今天从中科院大气物理研究所（大气所）获悉，科研人员基于中国碳卫星（TanSat）的大气二氧化碳含量观测，利用先进的碳通量计算系统，获取了中国碳卫星首个全球碳通量数据集。

这标志着我国具备了全球碳收支的空间定量监测能力，是继日本、美国之后的第三个具备该技术的国家。相关科研成果发表在《大气科学进展》上。

中国碳卫星为碳排放研究提供资料

为减缓CO2过度排放对气候造成的影响，自1992年以来，《联合国气候变化框架公约》逐步对各国排放状态加强约束。《巴黎协定》提出，自2023年起，每五年进行一次全球盘点的计划，盘点各国的实际行动在减缓气候变化中的贡献。因此减排（增汇）成为盘点的核心对象。

2009年，日本成功发射了国际上第一颗温室气体专用探测卫星GOSAT，美国OCO-2紧随其后，于2014年发射升空。2016年12月22日，中国碳卫星在酒泉卫星发射基地成功发射升空并在轨运行，成为国际第三颗温室气体卫星。

中国碳卫星（TanSat），全称是全球二氧化碳监测科学实验卫星，目标是实现全球大气二氧化碳浓度的高精度监测，为碳排放科学研究提供卫星资料。

中国碳卫星（TanSat）监测全球碳源汇示意图。大气所供图

中国碳卫星是一颗近极地太阳同步卫星，飞行高度约700公里，每天绕地球飞行约14圈。其上搭载的主载荷“高光谱分辨率大气二氧化碳探测仪”可以对大气中二氧化碳的含量进行探测。

碳卫星探测精度全球领先

数据质量，特别是观测精度，是制约卫星数据有效应用的瓶颈，CO2的卫星监测精度需求高于0.5%，这在卫星大气成分遥感领域中是非常高的要求。

据大气所研究员刘毅介绍，在卫星完成在轨测试后，大气所依靠自主研发的反演系统获取中国碳卫星的首幅CO2分布数据，并向全球公开发布，平均精度达到了2.11ppm（单位意义：体积混合比百万分之一）。

在中国碳卫星发射四周年之际，大气所副研究员杨东旭改进了数据质量和反演算法后，生产了新一版的数据产品，产品偏差和精度分别达到-0.08ppmv和1.47ppmv，探测精度跻身于全球领先地位。与此同时，中欧开展了针对中国碳卫星全球碳监测的相关合作研究，中国碳卫星加入欧洲空间局（ESA）第三方卫星数据应用计划，间接表明了我国碳卫星及其观测数据开始逐步走向世界。

大气浓度测量如何“自上而下”溯碳源？

据大气所王靖博士介绍，利用大气浓度测量进而计算碳排放和碳吸收的方法被称作“自上而下”。大气探测可以获取某一时刻或一段时间内大气中CO2含量的状态或者其变化量，大气CO2是惰性气体，其化学活性很低，因此其含量的变化主要来自于大气的输送和地（海）气的交换。

其中，大气输送只是将CO2从一个地点送到另一个地点，仅改变其空间分布，不会改变全球大气中CO2的总量；地气交换是改变大气中CO2含量的原因，地球（包括陆地和海洋）从大气中吸收CO2，则大气中CO2含量降低，称之为汇，例如植被通过光合作用吸收CO2就是一个重要的碳汇。反之，地球上人类活动向大气排放CO2，导致大气CO2含量增加，称之为源，例如人类燃烧化石燃料向大气排放CO2是导致气候变化的重要原因。

大气输送的过程，可以使用大气输送模型进行模拟，而余下的变化则归结为地气交换的源、汇作用，这即是“自上而下”溯碳源的方法。

我国碳卫星具有全球碳通量监测能力

“自上而下”方法依赖于观测和模拟。在观测方面，卫星遥感由于特殊的观测地点和方式，可以在CO2全球观测中看得广、看得清。模拟主要通过大气输送模型，利用高性能计算机，模拟出大气CO2传输过程和每一个时刻、每一个地方大气CO2的含量。

因此对于某一个时刻、某一个地方的CO2含量，科研人员会有一个观测值和一个模拟值组成一对观测-模拟数据。为了减小误差，科研人员使用“数据同化”方法，将最接近于真实的数值，推广至所有观测—模拟数据对。

杨东旭称，此次最新研究利用碳同化系统，同化碳卫星CO2观测资料。结果表明，与先验通量相比，不确定度减少了30%–50%。科研人员利用TanSat观测资料估算了12个月（2017年5月至2018年4月）的全球陆地碳净通量，与利用日本GOSAT卫星和美国OCO-2卫星资料的结果大体一致。这一结果是TanSat的里程碑，表明我国首颗碳卫星具有全球碳通量监测的能力。

“2020年9月，我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的愿景。”他说，我国将以碳卫星的研究成果为基础，研发新一代的温室气体监测卫星，服务于全球盘点和我国双碳目标的实现。

新京报记者 张璐

编辑 冯雅君 校对 卢茜