淺談我國(guó)首顆碳衛(wèi)星及相關(guān)傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)

　　繼美、日之后，地球上空的碳衛(wèi)星家族又添新成員。12月22日凌晨，我國(guó)成功發(fā)射了一顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。這是我國(guó)首顆、全球第三顆專門(mén)用于監(jiān)測(cè)大氣中二氧化碳含量的“嗅碳”衛(wèi)星。

　　22日凌晨三點(diǎn)多，我國(guó)首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功。資料圖

　　作為專用于測(cè)量地球二氧化碳濃度的人造地球衛(wèi)星，這種碳衛(wèi)星測(cè)量精度可達(dá)百萬(wàn)分之一。不過(guò)，由于技術(shù)難度極高，目前全球僅有三顆碳衛(wèi)星在太空中工作，分別是觀測(cè)大氣中二氧化碳和甲烷等濃度的日本“呼吸”號(hào)、專門(mén)測(cè)量大氣中二氧化碳濃度的美國(guó)“軌道碳觀測(cè)者2號(hào)”以及我國(guó)新發(fā)射的首顆“嗅碳”衛(wèi)星。

　　那么，為什么要發(fā)射碳衛(wèi)星呢?因?yàn)?，目前科學(xué)界對(duì)二氧化碳排放及相關(guān)問(wèn)題，還有許多不甚清楚的地方，如自然界天然排放的二氧化碳所占比例，這一比例如何變化，以及海洋系統(tǒng)如何吸附二氧化碳等。同時(shí)，掌握二氧化碳在各地區(qū)的循環(huán)和分布情況是研究氣候變化不可或缺的。

　　碳衛(wèi)星可精細(xì)測(cè)量大氣二氧化碳光譜吸收線，從而反演出大氣二氧化碳濃度。資料圖

　　另外，近年來(lái)，各國(guó)雖紛紛做出二氧化碳減排承諾，但到底每個(gè)國(guó)家每年都有多少碳排放，還是一筆糊涂賬。因?yàn)?，通過(guò)數(shù)量有限的地面監(jiān)測(cè)站難以獲得全球的數(shù)據(jù)，亟需一種全球范圍區(qū)域尺度的二氧化碳的測(cè)量手段。全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射后，不僅會(huì)明確各國(guó)碳收支的明細(xì)，還將有助于提高對(duì)全球碳循環(huán)機(jī)制的認(rèn)識(shí)，從而改進(jìn)氣候變化預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度和穩(wěn)定性。

　　那么，這顆衛(wèi)星究竟長(zhǎng)什么樣呢?據(jù)介紹，它由模塊化衛(wèi)星平臺(tái)、高精度二氧化碳探測(cè)儀與云和氣溶膠探測(cè)儀載荷組成。由于大氣在太陽(yáng)光照射下，二氧化碳分子會(huì)呈現(xiàn)光譜吸收特性，所以，碳衛(wèi)星通過(guò)精細(xì)測(cè)量其光譜吸收線，可以反演出大氣二氧化碳濃度。其中，云和氣溶膠探測(cè)儀則將排除云和空氣中氣溶膠的影響。

　　日本呼吸號(hào)衛(wèi)星飛行示意圖，資料圖

　　延伸閱讀：日本碳衛(wèi)星的高精度傳感器觀測(cè)技術(shù)

　　2009年1月，世界首顆溫室氣體觀測(cè)衛(wèi)星日本“呼吸”號(hào)發(fā)射升空。它長(zhǎng)2米、寬1.8米、高3.7米，重約1.75噸。據(jù)悉，該衛(wèi)星采用了高精度的傳感器，觀測(cè)地球上二氧化碳等溫室氣體濃度。

　　“呼吸”號(hào)配備有兩部光學(xué)傳感器，其中一部用于觀測(cè)太陽(yáng)發(fā)射并經(jīng)地表反射的紅外線，以及地表和大氣自身發(fā)出的紅外線。由于紅外線穿過(guò)二氧化碳和甲烷等溫室氣體時(shí)，其特定的波長(zhǎng)會(huì)被吸收，“呼吸”號(hào)可據(jù)此推算出大氣中這兩種氣體的濃度。另一部傳感器則用于觀測(cè)導(dǎo)致測(cè)定出現(xiàn)誤差的云層和氣溶膠，以提高溫室氣體觀測(cè)精確度。

　　“呼吸”號(hào)能一邊以約100分鐘一周的速度繞地球運(yùn)行，一邊運(yùn)用搭載的高精度溫室氣體監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)全球約5.6萬(wàn)個(gè)觀測(cè)點(diǎn)實(shí)施觀測(cè)，每3天就能收集到全部觀測(cè)點(diǎn)的最新數(shù)據(jù)。

　　美國(guó)軌道碳觀測(cè)2號(hào)衛(wèi)星飛行示意圖，資料圖

　　2014年美國(guó)發(fā)射的“軌道碳觀測(cè)者2號(hào)”碳衛(wèi)星，則采用了3臺(tái)高分辨率光譜儀作為秘密武器?？茖W(xué)家可通過(guò)這些儀器估算大氣中二氧化碳等物質(zhì)的相對(duì)濃度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地球大氣二氧化碳水平更精確、全面的測(cè)算，并更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氣候變化。