城市二氧化碳排放定量是多少？我國(guó)碳衛(wèi)星觀測(cè)首次成功監(jiān)測(cè)
【谷騰環(huán)保網(wǎng)訊】中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所中國(guó)碳衛(wèi)星研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合芬蘭氣象研究所團(tuán)隊(duì)首次利用中國(guó)碳衛(wèi)星（TanSat）觀測(cè)定量識(shí)別和計(jì)算城市碳排放，證實(shí)了中國(guó)碳衛(wèi)星具有城市級(jí)別碳排放監(jiān)測(cè)的能力。在溫室氣體遙感監(jiān)測(cè)合作協(xié)議支持下，本研究聯(lián)合使用了歐洲哨兵衛(wèi)星（Sentinel-5P）的二氧化氮（NO2）觀測(cè)。研究結(jié)果于今日在線發(fā)表在SCI期刊《大氣科學(xué)進(jìn)展》上。
團(tuán)隊(duì)成員、中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所副研究員楊東旭欣喜地告訴記者：“我國(guó)下一代碳衛(wèi)星將是一個(gè)天基系統(tǒng)，其論證設(shè)計(jì)工作已經(jīng)開(kāi)始，”屆時(shí)，中國(guó)碳衛(wèi)星的探測(cè)能力將得到進(jìn)一步提升。
中外城市二氧化碳排放觀測(cè)結(jié)果一致
應(yīng)對(duì)或減緩全球變暖，是人類在21世紀(jì)面臨的挑戰(zhàn)。楊東旭介紹說(shuō)，由于化石燃料燃燒和土地利用變化等人為活動(dòng)，二氧化碳（CO2）濃度增加了40%以上。“與化石燃料使用有關(guān)的排放尤其局限于當(dāng)?shù)兀鞘械貐^(qū)是全球CO2排放量的主要貢獻(xiàn)者，占全球排放量70%以上。”
盡管新冠肺炎疫情對(duì)全球經(jīng)濟(jì)體造成了較大的影響，但化石燃料CO2排放量2021年仍然增加了5%。與此同時(shí)，在計(jì)算人為排放方面仍然存在較大的不確定性。
“利用碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星進(jìn)行全球人為排放的監(jiān)測(cè)更具優(yōu)越性。”楊東旭告訴記者，碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星直接觀測(cè)大氣CO2濃度，僅憑單一CO2要素的觀測(cè)，定量區(qū)分CO2濃度變化源來(lái)自人為排放還是自然過(guò)程是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。化石燃料燃燒為CO2人為排放之主要來(lái)源，而石油等化石燃料的燃燒伴隨排放二氧化氮（NO2），即人為排放CO2和NO2具有較強(qiáng)的同源性，“因此，理論上通過(guò)NO2和CO2的同步監(jiān)測(cè)，就可以有效地計(jì)算對(duì)人為碳排放。”
楊東旭介紹說(shuō)，研究聯(lián)合應(yīng)用了中國(guó)碳衛(wèi)星CO2觀測(cè)數(shù)據(jù)和歐洲哨兵衛(wèi)星的二氧化氮（NO2）觀測(cè)數(shù)據(jù)，選取了我國(guó)唐山（2018年5月6日）和日本東京（2018年3月29日）兩個(gè)個(gè)例，定量計(jì)算了人為碳排放和NO2的相關(guān)性。“計(jì)算結(jié)果和排放清單給出的結(jié)果一致，論證了通過(guò)聯(lián)合應(yīng)用中國(guó)碳衛(wèi)星和歐洲哨兵衛(wèi)星的協(xié)同觀測(cè)，可以對(duì)CO2/ NO2排放比例進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)。同時(shí)，這也標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)具備空間監(jiān)測(cè)人為活動(dòng)碳排放的能力。”
圖1. 中國(guó)碳衛(wèi)星聯(lián)合哨兵衛(wèi)星監(jiān)測(cè)我國(guó)唐山地區(qū)（2018年5月6日）人為排放示意圖。左面顯示2018年5月6日唐山（中國(guó)）附近的TanSat XCO2觀測(cè)疊加了哨兵的NO2觀測(cè)。風(fēng)場(chǎng)（ERA5）如箭頭所示。右圖（上圖和下圖分別）顯示了TanSat軌道上的XCO2和NO2觀測(cè)值。黑點(diǎn)表示運(yùn)行平均值。橙色表示通過(guò)線性擬合從NO2對(duì)流層柱轉(zhuǎn)換的XCO2。
中國(guó)碳衛(wèi)星監(jiān)測(cè)能力進(jìn)一步提升
當(dāng)前溫室氣體減排的成效評(píng)估多依賴于清單方法，政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）制定了《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》（下稱《指南》），要求各國(guó)清單須按照《指南》的方法要求編制。即便如此，國(guó)別清單的全球一致性、區(qū)域偏差、透明度等問(wèn)題，依然無(wú)法避免。大氣CO2濃度觀測(cè)溯源排放的方法在偏差和透明度等方面具有優(yōu)勢(shì)，因此2019年修訂版《指南》將該方法正式納入。在以大氣觀測(cè)的碳排放（碳匯）反演方法體系中，觀測(cè)數(shù)據(jù)尤為重要。而衛(wèi)星因其觀測(cè)方式的特殊性，在大氣反演中占據(jù)著不可替代的位置。
2009年，日本成功發(fā)射了國(guó)際上第一顆溫室氣體專用探測(cè)衛(wèi)星GOSAT；2014年，美國(guó)OCO—2發(fā)射升空。2016年12月22日，中國(guó)碳衛(wèi)星從酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地順利發(fā)射升空并在軌運(yùn)行，成為世界第三顆溫室氣體衛(wèi)星。中國(guó)碳衛(wèi)星，全稱為“全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（TanSat）”，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全球大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比（XCO2，以下簡(jiǎn)稱“濃度”）的高精度監(jiān)測(cè)，為碳排放科學(xué)研究提供衛(wèi)星資料。
中國(guó)碳衛(wèi)星是一顆近極地太陽(yáng)同步衛(wèi)星。其上搭載了主載荷“高光譜分辨率大氣二氧化碳探測(cè)儀（ACDS）”和輔助載荷“云和氣溶膠偏振成像儀（CAPI）”。其中，主載荷高光譜分辨率大氣二氧化碳探測(cè)儀，利用對(duì)地球反射的近紅外/短波紅外太陽(yáng)輻射對(duì)大氣中二氧化碳的含量進(jìn)行探測(cè)。
自從我國(guó)碳衛(wèi)星升空后，經(jīng)在軌測(cè)試和定標(biāo)，第一版XCO2科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品于2017年10月對(duì)全球發(fā)布；第二版XCO2科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品將精度提升至1.47ppm的國(guó)際先進(jìn)水平精度；基于第二版科學(xué)產(chǎn)品，中國(guó)碳衛(wèi)星獲得了全球CO2通量的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
2020年初，科技部國(guó)家遙感中心與歐洲空間局簽署了溫室氣體遙感監(jiān)測(cè)合作協(xié)議，推動(dòng)中國(guó)碳衛(wèi)星加入歐洲空間局第三方衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用計(jì)劃，也表明中國(guó)碳衛(wèi)星及其觀測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)始逐步走向世界。研究在該協(xié)議的支持下，聯(lián)合使用了中國(guó)碳衛(wèi)星和歐洲哨兵衛(wèi)星，進(jìn)一步提升了中國(guó)碳衛(wèi)星的監(jiān)測(cè)能力。
中國(guó)碳衛(wèi)星即將迎來(lái)發(fā)射6周年紀(jì)念。我國(guó)下一代碳衛(wèi)星的論證設(shè)計(jì)工作已經(jīng)開(kāi)始，衛(wèi)星的研制工作也即將啟動(dòng)。新一代衛(wèi)星將在秉承第一代衛(wèi)星所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升探測(cè)能力，以應(yīng)用需求與科學(xué)需求為出發(fā)點(diǎn)。“目標(biāo)測(cè)量將以城市為重點(diǎn)，以高定量、高時(shí)頻、高分辨探測(cè)XCO2從城市中心到郊區(qū)的梯度，以提高排放量估算的準(zhǔn)確性。”楊東旭介紹說(shuō)，下一代碳衛(wèi)星將是一個(gè)天基系統(tǒng)，希望每天可多次覆蓋一個(gè)城市或點(diǎn)源，同時(shí)將具備協(xié)同的NO2觀測(cè)能力，用于更好地對(duì)人為碳排放量進(jìn)行獨(dú)立測(cè)算。
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