中国碳卫星观测首次成功用于城市二氧化碳排放定量监测
2022-12-15
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中国科学院大气物理研究所(中科院大气所)中国碳卫星(TanSat)研究团队联合芬兰气象研究所团队,最近首次利用中国碳卫星观测定量识别和计算城市碳排放,这也是中国碳卫星首次成功用于城市二氧化碳排放的定量监测,从而实证中国碳卫星具有城市级别碳排放监测的能力。

  在中欧温室气体遥感监测合作协议支持下,中芬研究团队这次合作研究还通过使用欧洲哨兵卫星(Sentinel-5P)同步开展二氧化氮观测及对比研究,相关研究成果论文10月25日在专业学术期刊《大气科学进展》上在线发表。

  中欧卫星协同观测计算和排放清单结果一致

  中科院大气所中国碳卫星研究团队指出,应对或减缓全球变暖,是人类在21世纪面临的挑战,由于化石燃料燃烧和土地利用变化等人为活动,二氧化碳浓度增加了40%以上。与化石燃料使用有关的排放尤其局限于当地,城市地区是全球二氧化碳排放量的主要贡献者,占全球排放量70%以上。尽管新冠肺炎疫情对全球经济体造成较大影响,但化石燃料二氧化碳排放量2021年仍然增加了5%。与此同时,科学家在计算人为排放方面仍然存在较大的不确定性。

  该团队认为,利用碳监测卫星进行全球人为排放的监测更具优越性,碳监测卫星直接观测大气二氧化碳浓度,但仅凭单一二氧化碳要素的观测,定量区分二氧化碳浓度变化源来自于人为排放还是自然过程是一个难点问题。化石燃料燃烧为二氧化碳人为排放之主要来源,而石油等化石燃料的燃烧伴随排放二氧化氮,即人为排放二氧化碳和二氧化氮具有较强的同源性,因此,理论上通过二氧化氮和二氧化碳的同步监测,就可以有效计算人为碳排放。

  本次联合研究应用中国碳卫星二氧化碳观测数据和欧洲哨兵卫星的二氧化氮观测数据,选取中国唐山(2018年5月6日)和日本东京(2018年3月29日)两个案例,定量计算出人为碳排放和二氧化氮的相关性。该计算结果和排放清单给出的结果一致,论证了通过联合应用中国碳卫星和欧洲哨兵卫星的协同观测,可以对二氧化碳/二氧化氮排放比例进行定量监测,证实了中国碳卫星可以定量识别城市人为碳排放。同时,这也标志着中国已经具备空间监测人为活动碳排放的能力。

  中国碳卫星及其观测数据逐步走向世界

  中科院大气所介绍说,中国碳卫星全称为“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柱平均干空气混合比(简称“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观测数据。2016年12月,中国碳卫星成功发射并在轨运行,成为世界第三颗温室气体卫星。

  中国碳卫星是一颗近极地太阳同步卫星,星上搭载有主载荷“高光谱分辨率大气二氧化碳探测仪”(ACDS)和辅助载荷“云和气溶胶偏振成像仪”(CAPI)。其中,主载荷利用对地球反射的近红外/短波红外太阳辐射,对大气中二氧化碳的含量进行探测。

  中国碳卫星第一版全球大气二氧化碳浓度科学数据产品于2017年10月对全球发布;第二版全球大气二氧化碳浓度科学数据产品将精度提升至1.47ppm(体积百万分比)的国际先进水平精度;基于第二版科学产品,中国碳卫星获得全球二氧化碳通量的数据产品。

  2020年初,中国科技部国家遥感中心与欧洲空间局签署温室气体遥感监测合作协议,推动中国碳卫星加入欧洲空间局第三方卫星数据应用计划,也表明中国碳卫星及其观测数据开始逐步走向世界。本次研究在该协议的支持下,中芬团队联合使用中国碳卫星和欧洲哨兵卫星,也进一步提升了中国碳卫星的监测能力。

  中国下一代碳卫星已论证设计即将研制

  在中国碳卫星即将迎来发射运行6周年纪念日之际,中科院大气所中国碳卫星研究团队透露,中国下一代碳卫星的论证设计工作已经开始,卫星研制工作也即将启动。

  中国新一代碳卫星将在秉承第一代卫星所具有的技术优势基础上,进一步提升探测能力,以应用需求与科学需求为出发点。其目标测量将以城市为重点,以高定量、高时频、高分辨探测全球大气二氧化碳浓度从城市中心到郊区的梯度,以提高碳排放量估算的准确性。

  该团队表示,中国下一代碳卫星将是一个天基系统,希望每天可多次覆盖一个城市或者碳排放点源,同时将具备协同开展二氧化氮观测能力,以更好地用于对人为碳排放量进行独立测算。

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