中國碳衛(wèi)星獲得首幅全球二氧化碳分布圖

近日，中國科學(xué)院大氣物理研究所通過地球觀測組織(GEO)年度大會，展示了中國碳衛(wèi)星觀測的首幅全球二氧化碳分布圖，預(yù)示著中國碳衛(wèi)星將為氣候變化的研究提供數(shù)據(jù)支撐。該成果受到與會的美國航天局(NASA)、日本航天局(JAXA)和歐洲空間局(ESA)等國外研究機構(gòu)代表的高度關(guān)注。 中國碳衛(wèi)星是“十二五”期間，由科技部立項，中科院負責工程總體，中科院國家空間科學(xué)中心、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、中科院長春光學(xué)精密機械與物理研究所、中科院大氣物理研究所和中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心等多家單位共同承擔的科學(xué)實驗衛(wèi)星計劃，目標是實現(xiàn)全球大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比(XCO2，下文簡稱“濃度”)的高精度監(jiān)測，為碳排放科學(xué)研究提供衛(wèi)星資料。2016年12月22日，中國碳衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地成功發(fā)射升空并在軌運行，成為繼日本GOSAT和美國OCO-2后，國際上第三顆具有高精度溫室氣體探測能力的衛(wèi)星。 大氣所承擔中國碳衛(wèi)星二氧化碳濃度反演算法研發(fā)、碳源匯同化系統(tǒng)研發(fā)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)的科學(xué)應(yīng)用等工作。其中衛(wèi)星遙感大氣二氧化碳的主要挑戰(zhàn)是精度要求高，干擾因素多，反演難度大。在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)“中國碳衛(wèi)星”和中科院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項“碳專項”等的資助下，大氣所團隊核心成員、博士楊東旭研發(fā)了衛(wèi)星遙感反演算法(Institute of Atmospheric Physics Carbon dioxide retrieval Algorithm for Satellite observation-IAPCAS)。該算法是基于非線性最優(yōu)估計方法的“全物理”反演算法，需要高精度模擬太陽輻射在大氣中的傳輸過程。算法充分優(yōu)化氣溶膠光學(xué)性質(zhì)隨波長的變化以及卷云的連續(xù)吸收等特征，顯著降低系統(tǒng)誤差，提高反演精度;另一方面，發(fā)展了快速矢量輻射傳輸計算方法，在保證精度的同時，大幅提高計算效率;前期研究表明，算法精度已達國際先進水平。利用該反演算法解析中國碳衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，獲得了首幅全球二氧化碳分布圖。在4月分布圖中，可以看出春季由于人為排放形成的北半球二氧化碳濃度高、南半球濃度低的特征;其次對比4月和7月分布圖，清晰地顯示出由春入夏北半球二氧化碳濃度降低的趨勢，表明了生態(tài)系統(tǒng)隨季節(jié)變化的“固碳”作用;分布圖也反映出人類活動頻繁地區(qū)二氧化碳濃度高的現(xiàn)象。

 大氣所反演算法獲取的首幅中國碳衛(wèi)星大氣二氧化碳全球分布圖，(上圖)2017年4月，(下圖)2017年7月。色標表示大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比(XCO2)。