中国成功发射首颗碳卫星有什么重大意义

二氧化碳排放几何，中国卫星将开出全球账单

在这个雾霾锁城的冬季，我们对原本难以感知的气候变化，有了切肤体会：全球变暖、温室效应、极端天气等等，这些不时敲打人类文明的“大词”，如今，竟离我们每个生命个体如此之近。

别再肆无忌惮地排放了――面对这般严峻形势，人类发出疾呼。全球上百个国家的元首签下名字，承诺所属国减少二氧化碳等温室气体排放。不过，减排的一个技术前提，是排放的量化监测，而这，是个科技难题。今天凌晨，我国在酒泉成功发射的第一颗碳卫星，就是中国派往地球之上监测全球温室气体排放的太空使者。

这是继日本GOSAT卫星、美国OCO 卫星之后，全球第三颗“嗅碳”卫星。那么，这颗并非全球唯一、在排名上也并不领先的卫星，对重点地区乃至全球的大气二氧化碳浓度监测能力究竟有多大，对我国在国际气候变化方面的话语权又将有多大的提升?中国青年报・中青在线记者采访相关专家进行解读。

为何要到外太空去跟踪二氧化碳

说起二氧化碳，这个曾频繁出现在中学课本里的气体名词，人们并不陌生。这是空气中常见的温室气体。

根据碳卫星首席应用科学家、中国气象局国家卫星气象中心总工程师卢乃锰的说法，二氧化碳就像是给地球套了一层薄膜，能将太阳送到地球的热量吸收并缓慢释放，让薄膜内变得暖烘烘的，即产生所谓的“温室效应”。

当薄膜增厚，热量就不易扩散出去，在过去的几百亿年中，这样的环境让地球温度适宜升高，并孕育生命。

然而，自工业革命以来，人类向大气中排入的温室气体逐年增加，温室效应随之增强，诸如森林砍伐、矿物燃烧等正迅速打破原有的温度平衡，放大了大气的保温效应。这也成了过去的100年中，全球平均气温上升了0.7℃左右的主要原因。

0.7℃，这个和我们日常温度相比毫不起眼的数字，一旦放到另一个坐标系里去，就显得异常严峻。科学论证表明，如果全球平均气温的升温超过2℃，地球上的生命将岌岌可危。事关全球气候治理的《巴黎协定》，也将升温的目标控制在远低于2℃的范围内。

那么，如何控制?

减排。

如何确认减排?

有效的监测。

这个逻辑推演并不难，难是“有效的”三个字。

事实上，早在150年前，人类就开始对二氧化碳进行地面观测。直到2010年前后，全球范围内的地面观测站依然有200多个，但根据专家的说法，依靠它们无法画出一张全球二氧化碳分布图。

卢乃锰甚至发现，有的国家只是通过化石燃料燃烧数量、效率，来计算二氧化碳排放量，这其中就有很大的不确定性。更为棘手的是，这些统计更多的是世界各地的各自统计，很难弄清全球二氧化碳的分布、排放情况和变化趋势。

但如果有一颗挂在地球之上的卫星，每天都在绕着地球跑圈，卢乃锰说，经过几个月，就能把全球每个角落的二氧化碳情况都看到。

碳卫星计划应此而生。

事实上，气候和气候变化导致人类生存条件的变化，已不仅是科学问题，更是世界各国政府共同关注的政治问题、经济问题和外交问题。这也是为何继日、美之后，中国依然要发射自主研制的碳卫星。

正如科技部国家遥感中心总工程师李加洪所说，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，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。

如何算出二氧化碳排放这本账

碳卫星工程副总指挥、中科院国家空间科学中心副主任龚建村说得更为直白，“别人有，不代表我们就不需要了，别人有，我们更要有。”

在他看来，要科学发展，就必须有科学数据的支持，未来，一旦进行碳交易，不能人家说多少就是多少，二氧化碳排放量这本账要算清楚。如今，碳卫星的成功发射，将大大提升中国在国际气候变化方面的话语权。

要造出这样一颗卫星并不容易。

自从2009年哥本哈根世界气候大会之后，全世界都在持续关注二氧化碳问题，同一年，日本发射了碳卫星GOSAT，美国在经历了一次失败后，锲而不舍，最终在2014年发射了碳卫星OCO 。

尽管碳卫星是个只有几百公斤重的小卫星，却有着令人望而生畏的技术难度，尤其是灵敏度。

根据碳卫星载荷系统CO 探测仪负责人、中科院长春光机所研究员郑玉权的说法，当前CO 浓度变化很快，但从数字上看，平均每年也只是在零点几个ppm(浓度单位，记者注)到1个ppm之间变化，想把信号探测出来，仪器灵敏度不高的话，只能作罢。

中国碳卫星做到了。郑玉权说，几十纳米的带宽上，人眼看是一个颜色，而通过CO 探测仪的2000多个通道，碳卫星就具备了微小差异颜色的区分能力，其灵敏度可以发现1到4个ppm二氧化碳的变化，这不亚于美国OCO 的水平。

有了碳卫星，如何算出全球范围内二氧化碳排放这本账，也是个难题。根据专家的说法，要获得一张覆盖全球二氧化碳监测图，需要碳卫星在太空跑2到3个月。

那么，3个月后，全球范围内二氧化碳的流动情况是什么样，即通量如何;它是从哪里排放出来的，又在哪里被植被、海洋等吸收，也就是通常所说的“源、汇”情况，又是如何?

卢乃锰表示，“通量”、“源”、“汇”这三者间有关系，但没有一个数学方程能说明“浓的地方就是源，通量就高;稀的地方就是汇，通量就低”。

这就需要把碳卫星获得的二氧化碳遥感浓度，嵌套进大气二氧化碳传播模型中。分步骤来看，首先，要有一个大气的模型，勾画出大气的流场，描述风往哪儿吹。然后，由碳卫星告诉大家，二氧化碳浓度是怎么分布的。在此基础上，科学家们进行推算，这种浓度下，它会吹到什么地方去，通量是多少。

卢乃锰说，如果多几个频次观测，就能最终知道是什么地方排放了这些二氧化碳。比如一个城市吹出去的二氧化碳多，吹进来的少，那毫无疑问，这个地方肯定有排放。

如何跟踪、寻找二氧化碳?

这一切的前提是，碳卫星能够在太空上监测、即能够“看到”二氧化碳。

鲜为人知的是，这颗卫星虽然名曰“碳卫星”，却并不能直接“看到”二氧化碳在哪里，而是要借助太阳光的照射，去跟踪经大气散射出来的光，间接地反演出大气二氧化碳浓度。

一般来说，太阳光分为赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色谱，但事实上，太阳光的色谱远不止这些。太阳光经过大气，总有一些“特定的频点”被其中聚集的二氧化碳吸收。

卢乃锰说，在反射或散射出来的光中，如果“特定的频点”很弱，那么可以推断，这里的二氧化碳分子比较密集;反之，“特定频点”很强，则可推断二氧化碳分子较少。在这个过程，碳卫星就扮演眼睛的角色，去判别“强”或者“弱”，科学家据此结论，再进行他们通常所说的“反演”。

碳卫星发射

说起碳卫星的眼睛角色，就不得不提它所搭载的两个载荷：二氧化碳探测仪、云和气溶胶探测仪。前者是主载荷，通过获取高精度的大气吸收光谱，应用反演算法计算出二氧化碳的浓度。后者可以测量云、大气颗粒物等辅助信息，为精确反演CO 浓度剔除干扰因素，还可为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。

根据碳卫星系统总设计师、中科院微小卫星创新研究院研究员尹增山的说法，碳卫星要想进行全球观测，还需要实现灵活的观测模式，如此才能对全球陆地和海面路径上CO 的吸收光谱进行精确测量。

这种灵活多变的观测模式，形象地说，即需要碳卫星频繁调整姿态，在太空翩翩起舞：斜着，调整到耀斑观测模式，竖着，调整到天底观测模式。

比如，当碳卫星飞过海洋时，身子灵活一转，斜着身子，看太阳打在海面上的光斑，这就切换到了耀斑观测模式。

事实上，卫星领域的科学家最忌讳的，就是让卫星有没完没了的动作：毕竟是在太空，没有任何着力点，要是翻过去翻不回来了怎么办?尹增山说，恰恰是为了特定的科学目标，科学家解决了碳卫星在天上不断做动作的难题。

一旦碳卫星的“判断力”有所下降，科学家也会帮它“调整”。当要确认“强信号”观测准确与否时，就定标太阳：转个身子，盯着太阳看，因为太阳的光谱、辐射强度比较稳定，可以拿它和碳卫星观测的强度进行比较;要确认“弱信号”时，就让碳卫星盯着光谱同样稳定的月亮看。

形象地说，即在太空舞步之前，先对着镜子打扮打扮，白天跳舞对着太阳照镜子，名曰“对日定标”，夜里跳舞对着月亮照镜子，名曰“对月定标”。

如今，碳卫星已经飞向距离地面几百公里外的太空轨道。尹增山说，在经过一段时间的在轨测试后，碳卫星将开始长达3年的工作，每天记录时间长达10小时。让我们共同期待这颗中国星，早日带来一手的二氧化碳数据。