城市二氧化碳排放定量是多少？我國碳衛星觀測首次成功監測
【谷騰環保網訊】中國科學院大氣物理研究所中國碳衛星研究團隊聯合芬蘭氣象研究所團隊首次利用中國碳衛星（TanSat）觀測定量識別和計算城市碳排放，證實了中國碳衛星具有城市級別碳排放監測的能力。在溫室氣體遙感監測合作協議支持下，本研究聯合使用了歐洲哨兵衛星（Sentinel-5P）的二氧化氮（NO2）觀測。研究結果于今日在線發表在SCI期刊《大氣科學進展》上。
團隊成員、中國科學院大氣物理研究所副研究員楊東旭欣喜地告訴記者：“我國下一代碳衛星將是一個天基系統，其論證設計工作已經開始，”屆時，中國碳衛星的探測能力將得到進一步提升。
中外城市二氧化碳排放觀測結果一致
應對或減緩全球變暖，是人類在21世紀面臨的挑戰。楊東旭介紹說，由于化石燃料燃燒和土地利用變化等人為活動，二氧化碳（CO2）濃度增加了40%以上。“與化石燃料使用有關的排放尤其局限于當地，城市地區是全球CO2排放量的主要貢獻者，占全球排放量70%以上。”
盡管新冠肺炎疫情對全球經濟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，在計算人為排放方面仍然存在較大的不確定性。
“利用碳監測衛星進行全球人為排放的監測更具優越性。”楊東旭告訴記者，碳監測衛星直接觀測大氣CO2濃度，僅憑單一CO2要素的觀測，定量區分CO2濃度變化源來自人為排放還是自然過程是一個難點問題?；剂先紵秊镃O2人為排放之主要來源，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具有較強的同源性，“因此，理論上通過NO2和CO2的同步監測，就可以有效地計算對人為碳排放。”
楊東旭介紹說，研究聯合應用了中國碳衛星CO2觀測數據和歐洲哨兵衛星的二氧化氮（NO2）觀測數據，選取了我國唐山（2018年5月6日）和日本東京（2018年3月29日）兩個個例，定量計算了人為碳排放和NO2的相關性。“計算結果和排放清單給出的結果一致，論證了通過聯合應用中國碳衛星和歐洲哨兵衛星的協同觀測，可以對CO2/ NO2排放比例進行定量監測。同時，這也標志著我國已經具備空間監測人為活動碳排放的能力。”
圖1. 中國碳衛星聯合哨兵衛星監測我國唐山地區（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）附近的TanSat XCO2觀測疊加了哨兵的NO2觀測。風場（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觀測值。黑點表示運行平均值。橙色表示通過線性擬合從NO2對流層柱轉換的XCO2。
中國碳衛星監測能力進一步提升
當前溫室氣體減排的成效評估多依賴于清單方法，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）制定了《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》（下稱《指南》），要求各國清單須按照《指南》的方法要求編制。即便如此，國別清單的全球一致性、區域偏差、透明度等問題，依然無法避免。大氣CO2濃度觀測溯源排放的方法在偏差和透明度等方面具有優勢，因此2019年修訂版《指南》將該方法正式納入。在以大氣觀測的碳排放（碳匯）反演方法體系中，觀測數據尤為重要。而衛星因其觀測方式的特殊性，在大氣反演中占據著不可替代的位置。
2009年，日本成功發射了國際上第一顆溫室氣體專用探測衛星GOSAT；2014年，美國OCO—2發射升空。2016年12月22日，中國碳衛星從酒泉衛星發射基地順利發射升空并在軌運行，成為世界第三顆溫室氣體衛星。中國碳衛星，全稱為“全球二氧化碳監測科學實驗衛星（TanSat）”，目標是實現全球大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比（XCO2，以下簡稱“濃度”）的高精度監測，為碳排放科學研究提供衛星資料。
中國碳衛星是一顆近極地太陽同步衛星。其上搭載了主載荷“高光譜分辨率大氣二氧化碳探測儀（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儀，利用對地球反射的近紅外/短波紅外太陽輻射對大氣中二氧化碳的含量進行探測。
自從我國碳衛星升空后，經在軌測試和定標，第一版XCO2科學數據產品于2017年10月對全球發布；第二版XCO2科學數據產品將精度提升至1.47ppm的國際先進水平精度；基于第二版科學產品，中國碳衛星獲得了全球CO2通量的數據產品。
2020年初，科技部國家遙感中心與歐洲空間局簽署了溫室氣體遙感監測合作協議，推動中國碳衛星加入歐洲空間局第三方衛星數據應用計劃，也表明中國碳衛星及其觀測數據開始逐步走向世界。研究在該協議的支持下，聯合使用了中國碳衛星和歐洲哨兵衛星，進一步提升了中國碳衛星的監測能力。
中國碳衛星即將迎來發射6周年紀念。我國下一代碳衛星的論證設計工作已經開始，衛星的研制工作也即將啟動。新一代衛星將在秉承第一代衛星所具有的技術優勢基礎上，進一步提升探測能力，以應用需求與科學需求為出發點。“目標測量將以城市為重點，以高定量、高時頻、高分辨探測XCO2從城市中心到郊區的梯度，以提高排放量估算的準確性。”楊東旭介紹說，下一代碳衛星將是一個天基系統，希望每天可多次覆蓋一個城市或點源，同時將具備協同的NO2觀測能力，用于更好地對人為碳排放量進行獨立測算。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
