出品：科普中國

作者：楊東旭（中國科學院大氣物理研究所）

監制：中國科普博覽

編者按：為揭開科技工作的神秘面紗，科普中國前沿科技項目推出“我和我的研究”系列文章，邀請科學家親自執筆，分享科研歷程，打造科學世界。讓我們跟隨站在科技最前沿的探索者們，開啟一段段充滿熱情、挑戰與驚喜的旅程。

在浩瀚無垠的宇宙中，地球作為我們唯一的家園，其健康與未來牽動著全人類的心弦。隨著工業化進程的加速和能源消耗的急劇增長，大氣中的二氧化碳濃度不斷攀升，氣候變化已成為不容忽視的全球性問題，有效應對成為人類命運共同體生存的挑戰。為了守護這顆藍色星球，科學家們不斷探索創新，其中，碳監測衛星正以其獨特的視角和精準的能力，為地球大氣進行著一場前所未有的“CT檢查”。

2016年12月22日3時22分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將全球二氧化碳監測科學實驗衛星發射升空。

（圖片來源：新華網）

碳監測衛星翱翔于萬米高空，用敏銳的“眼睛”捕捉大氣中二氧化碳的變化，用智慧的“大腦”分析數據背后的科學奧秘。

碳監測

碳監測，簡而言之，就是通過對大氣中二氧化碳等溫室氣體的濃度進行實時監測，以了解其排放、吸收及空間分布情況的科學技術手段。

碳監測在“雙碳”戰略目標中扮演著舉足輕重的角色。隨著人類活動導致的二氧化碳排放量不斷增加，氣候變化已成為全球面臨的嚴峻挑戰。為了減緩這一趨勢并找到適應之道，我們需要通過碳監測來掌握二氧化碳的時空變化、背后的機理及其科學規律。這不僅為未來“雙碳”戰略目標的完成提供了堅實的數據和科學基礎，更是推動生產生活方式轉型、實現人與自然和諧共生的關鍵所在。

碳衛星模擬工作圖

（圖片來源：中國科學院微小衛星創新研究院）

目前，碳監測主要有兩種方式，一種是自下而上的監測，這種方法通過監測微觀過程（如化石燃料燃燒、電力消耗等）逐步疊加積累，得到整體的碳排放或碳匯情況。這種方式具有個體碳過程清晰的優勢，能夠直接反映部門級別碳的使用量或能源的使用量。

另一種是自上而下的監測，相比之下，自上而下的監測方法更為新穎和先進。它通過監測大氣中二氧化碳的變化量，反推出碳排放的來源和去向。這種方法可以用于實時監測，對整體排放總量把握精準。不僅能夠揭示碳排放的空間分布，還能為碳排放的精準管控提供科學依據。

碳監測衛星就是一種對碳自上而下的監測。

從無到有

中國碳衛星是國際上的第三顆溫室氣體監測衛星，前面有日本的GOSAT衛星和美國的OCO-2號衛星。

在國際上已有兩顆碳監測衛星的情況下，我國為什么還要發射碳監測衛星呢？

實際上，雖然我們的衛星是第三顆衛星，但這三顆衛星都是在同一個時間段進行研制的。我國碳監測衛星在立項研制過程中沒有成熟的案例可以參考，所以這三顆衛星的技術起步是類似的，在研制過程當中我們也是摸著石頭過河，突破了多項關鍵技術。

我國研制碳監測衛星的主要目的是為了突破空間碳監測這一技術，實現從0到1、從無到有的過程。這顆衛星的發射標志著我國在碳監測領域邁出了重要一步。

全球二氧化碳監測科學實驗衛星效果圖

（圖片來源：中國科學院大氣物理研究所）

這顆衛星在設計之初就充分考慮了氣溶膠和云對二氧化碳監測精度的影響，搭載了多個載荷以提升監測精度。與日本的GOSAT衛星和美國的OCO-2衛星相比，我國碳衛星在技術上實現了多項突破，成為國際碳監測領域的重要一員。

通過多年的運行和科學實驗，我國碳衛星取得了多項重要成果。它首次獲取了全球二氧化碳濃度的分布數據，并成功監測了全球碳排放和碳匯的分布情況。此外，我國碳衛星還實現了對中國和國際上城市碳排放的首次監測，為全球氣候變化研究提供了寶貴的數據支持。

精益求精

我國的碳監測衛星通過監測大氣中二氧化碳的吸收光譜，推算出大氣中二氧化碳的含量。由于大氣中二氧化碳的分布是不均勻的，因此需要通過大氣反演方法和大氣輸送模型來進一步示蹤二氧化碳的源頭。

碳監測衛星的軌道高度距地面700公里左右，在這個高度上對大氣二氧化碳變化進行監測，我們還能將數據誤差降低至0.5%，我們是做了非常多努力的。

為了確保監測數據的精度，我們在硬件和軟件上都進行了精心設計和優化。碳監測衛星需要具備長期穩定的觀測能力，能夠高精度地識別二氧化碳的吸收光譜。同時，軟件系統也需要全面考慮太陽輻射、大氣和地表等因素對監測數據的影響，以確保提取出高精度的二氧化碳數據信息。此外，地面系統的標定和驗證也是保障監測精度的重要環節。

碳監測衛星觀測到的原始信號需要經過定位、定標等多個步驟，才能轉化為二氧化碳含量的信息。進一步地，還需要進行同化反演計算，以反推出碳排放的數據。

這些數據對于評估全球碳排放現狀、分析歷史趨勢及預測未來變化具有重要意義。同時，它們也為制定科學合理的減排政策、推動綠色低碳發展提供了有力的數據支撐。

結語

碳監測衛星作為應對全球氣候變化的科技先鋒，正通過其精準的監測和科學的分析，使我們更好地了解大氣中二氧化碳的變化情況，也為實現“雙碳”目標、推動可持續發展貢獻智慧和力量。

來源: 中國科普博覽

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