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从共享碳卫星数据 看应对全球气候变化的中国贡献

来源:光明日报 作者:袁于飞 2017-11-13 11:12:08
内容摘要: 碳卫星地面应用系统总指挥、国家卫星气象中心副主任张鹏介绍,我国碳卫星克服了地面监测站在空间分布上的局限性,可以从宇宙空间完成对全球大气中二氧化碳浓度的监测,定期获取全球和区域的二氧化碳分布图,为应对全球气候变化作出中国贡献。

  日前,我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星(以下简称“碳卫星”)的数据正式对外开放共享。这也意味着,我国成为全球第三个可以向全球提供碳卫星数据的国家。

  碳卫星地面应用系统总指挥、国家卫星气象中心副主任张鹏介绍,我国碳卫星克服了地面监测站在空间分布上的局限性,可以从宇宙空间完成对全球大气中二氧化碳浓度的监测,定期获取全球和区域的二氧化碳分布图,为应对全球气候变化作出中国贡献。

  1.我国碳卫星部分指标领先于美日

  张鹏介绍,这颗由我国自主研制的碳卫星于2016年12月22日发射,是我国首颗、全球第三颗专门用于“看”全球大气中二氧化碳含量的卫星。自去年12月22日发射至今,它已经在太空待了数个月。

  “碳卫星的各项功能、性能指标符合研制总要求,在轨测试取得成功,建议尽快完成卫星在轨交付,发挥应用效益。”日前,在中国气象局组织的碳卫星在轨测试总结评审会上,评审委员会专家组给出了这样的鉴定意见。

  碳卫星首席应用科学家、国家卫星气象中心总工程师卢乃锰表示,我国碳卫星部分指标领先于美日,比如日本GOSAT碳卫星的有效观测点只有300多个,我国碳卫星在设计时加大了卫星的扫描宽度,增加了采样点,使得有效观测点多了一个数量级。而美国OCO-2卫星只有一个观测二氧化碳的仪器,无法同时获取云和大气中气溶胶的信息。

  “我国碳卫星通过5种观测模式组合,完成对全球二氧化碳的探测,其装载的高光谱二氧化碳探测仪有2000多个通道,光谱解析度极高。”卢乃锰说,为满足碳卫星在5种观测模式和十余种指向模式间自如切换的要求,我国卫星平台研究人员为其打造了“复杂姿态指向控制系统”,让卫星能够大角度姿态转动。

  在10月24日地球观测组织(GEO)第14届全会“中国日”活动上,中国代表宣布:中国新一代静止轨道气象卫星“风云四号”和碳卫星的数据产品将对全球用户免费开放!

  张鹏介绍,此次中国碳卫星的数据开放,包括了碳卫星的两个核心仪器的数据,高光谱温室气体探测仪、云和气溶胶探测仪两台仪器的数据,国内外用户可以登录中国气象局国家卫星气象中心数据服务网站或者中国国家综合地球观测数据共享平台,免费进行数据检索下载。目前,碳卫星的两个主要载荷的一级数据均可下载。其中一个仪器叫高光谱温室气体探测仪,正是用来观测二氧化碳信息的。

  张鹏表示,碳卫星数据每天更新,用户可以按照日期和区域定制和下载碳卫星的全球数据。

  2.可获取覆盖全球的二氧化碳监测数据

  联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告显示,全球主要温室气体二氧化碳和甲烷的浓度已经上升到2500万年以来的最高值,并且依然呈上升趋势。

  “碳卫星可以获取覆盖全球的二氧化碳监测数据。通过对碳卫星连续观测数据的分析,将有效提高对全球碳循环过程的理论认识,为全球积极有效应对气候变化提供依据。”张鹏介绍,目前国际上对二氧化碳等影响气候变化关键因子的连续监测和分析能力仍较为薄弱,尚未形成完备的基础数据,精确监视全球二氧化碳的排放状况已成为有效开展气候变化研究和应对的迫切需求。

  “与以往的气象卫星不同,碳卫星是在可见光和近红外谱段,利用分子吸收谱线探测二氧化碳浓度,其主要由模块化卫星平台、高光谱二氧化碳探测仪与多谱段云与气溶胶探测仪组成。”张鹏说。

  碳卫星一天的覆盖观测范围有多大呢?张鹏介绍,碳卫星是一颗标准的近极地太阳同步卫星,每天在距地球700公里高度的轨道上空围着地球南北两极绕圈飞行,算下来碳卫星一天所能获取的数据就可以达到约300公里的覆盖区域。

  “地球赤道的周长约40000公里,从理论上说,如果拿到140天左右的观测数据,就能获取一张无缝隙全球覆盖的二氧化碳监测图。”张鹏说。

  3.对气候变化研究具有重大推动作用

  碳卫星有什么用?张鹏介绍,从实践来看,碳卫星对于气候变化研究具有重大推动作用。以美国为例,今年10月NASA刘俊杰团队通过分析两年多来的OCO-2卫星数据后发现,受厄尔尼诺现象的影响,某些热带地区比平时释放更多二氧化碳。这项研究解释了“这些年来人类活动的排放量大致相同,全球新增二氧化碳从哪里来的”这个重要科学问题。

  张鹏表示,随着中国碳卫星数据的开放共享,全球三颗二氧化碳观测卫星在轨,将给人类二氧化碳排放量监测和全球碳循环研究带来更多可能。比如,科学家将能够更好地观察到高排放地区二氧化碳浓度升高,甚至个别发电厂和工业泄漏。另外,通过将遥感技术与大气、海洋和陆地的计算机模型相结合,科学家或将能够把碳排放中的人类影响与自然过程分开。

  他表示,碳卫星数据可以为我国将来的大气治理工作提供科学依据,为IPCC第六次报告提供中国国内自主观测数据,也可以提供给国家气候中心用作全球气候变化模拟基础数据。另外,这些数据也是目前生态植被研究中非常需要的。

  具体到碳卫星数据的应用前景,张鹏介绍,碳卫星的接收只是碳卫星数据“生产线”的开始,要向用户提供可以使用的科学数据,还要经历数据预处理和产品定量反演等科技含量极高的工作。卫星接收的是原始观测资料,无法直接被科学家使用。所以,首先需要对碳卫星的原始观测资料进行加工预处理。预处理的主要环节包括定位、辐射定标和光谱定标,科学家需要深入了解遥感仪器的工作原理和星上设计,技术难度极高。

  张鹏介绍,目前已开放的是碳卫星一级资料,资深用户已经可以用来反演二氧化碳信息:“我们正在不断地测试碳卫星的算法和产品。下一步,会推出应用更为广泛的二级数据,做出真正的全球二氧化碳分布图,为应对全球气候变化作出中国贡献。”

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