中國(guó)碳衛(wèi)星獲得首幅全球二氧化碳分布圖

近日，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所通過(guò)地球觀測(cè)組織(GEO)年度大會(huì)，展示了中國(guó)碳衛(wèi)星觀測(cè)的首幅全球二氧化碳分布圖，預(yù)示著中國(guó)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(huì)的美國(guó)航天局(NASA)、日本航天局(JAXA)和歐洲空間局(ESA)等國(guó)外研究機(jī)構(gòu)代表的高度關(guān)注。 中國(guó)碳衛(wèi)星是“十二五”期間，由科技部立項(xiàng)，中科院負(fù)責(zé)工程總體，中科院國(guó)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(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所、中科院大氣物理研究所和中國(guó)氣象局國(guó)家衛(wèi)星氣象中心等多家單位共同承擔(dān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星計(jì)劃，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全球大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比(XCO2，下文簡(jiǎn)稱(chēng)“濃度”)的高精度監(jiān)測(cè)，為碳排放科學(xué)研究提供衛(wèi)星資料。2016年12月22日，中國(guó)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(yùn)行，成為繼日本GOSAT和美國(guó)OCO-2后，國(guó)際上第三顆具有高精度溫室氣體探測(cè)能力的衛(wèi)星。 大氣所承擔(dān)中國(guó)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(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)“中國(guó)碳衛(wèi)星”和中科院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)“碳專(zhuān)項(xiàng)”等的資助下，大氣所團(tuán)隊(duì)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(jì)方法的“全物理”反演算法，需要高精度模擬太陽(yáng)輻射在大氣中的傳輸過(guò)程。算法充分優(yōu)化氣溶膠光學(xué)性質(zhì)隨波長(zhǎng)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(jì)算方法，在保證精度的同時(shí)，大幅提高計(jì)算效率;前期研究表明，算法精度已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。利用該反演算法解析中國(guó)碳衛(wèi)星觀測(cè)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(duì)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(shì)，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(lèi)活動(dòng)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(guó)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(biāo)表示大氣二氧化碳柱平均干空氣混合比(XCO2)。