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二氧化碳监测将有中国数据,搭载利器帮助监测

日期:2019-09-26编辑作者:澳门太阳娱乐

全球大气二氧化碳浓度如何变化?明年将有望产生中国数据。今年12月,我国首颗碳卫星将发射升空。11月8日,这颗由中科院微小卫星创新研究院研制的卫星出厂离沪,运往酒泉卫星发射中心。

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碳卫星最主要作用是监测全球的二氧化碳浓度在不同区域、不同季节的变化,科学家由此可以了解大气二氧化碳的分布和流向。全球气候变暖越来越受国际社会关注,大气二氧化碳浓度是监测气候变化的一个重要指标。日本与美国分别于2009年、2014年各发射了一颗碳卫星。不过,监测全球二氧化碳的变化情况,仅靠这两颗卫星是远远不够的,“目前,这方面的全球数据不足。”碳卫星总设计师尹增山说,从2011年开始,经过近6年研制,中国的碳卫星的探测精度期望达到4ppm,可以比肩国际最高水平。

发射现场。新华社 任晖 摄

这颗碳卫星重620公斤,将在700公里太阳同步轨道上运行。当太阳光照射在大气上,二氧化碳分子会产生特有的光谱吸收线,碳卫星就靠探测这种特征谱线来监测它的变化,其“视力”特别敏锐。在大气中,二氧化碳的浓度只有万分之四左右,而如此低浓度的二氧化碳只要有1%的浓度变化,就会被碳卫星发现。为了赋予碳卫星这超凡的“视力”,科研人员采用了大面积光栅分光技术,实现了天基0.03纳米级超高光谱分辨率——分辨率达到了原子级别。同时,科研人员还为它配备了复杂姿态控制系统,使它可以在太空中实现多种模式的观测。由于碳卫星必须不断调整姿态,被科研人员戏称为“太空中的华尔兹舞步”。

新华社酒泉12月22日电 记者从中国科学院获悉,12月22日3时22分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将全球二氧化碳监测科学实验卫星发射升空。 据中科院空间中心副主任、碳卫星工程副总指挥龚建村介绍,该卫星的成功研制和后续在轨稳定运行,将使我国初步形成针对重点地区乃至全球的大气二氧化碳浓度监测能力,对充分了解全球碳循环过程及其对全球气候变化的影响具有重要意义,可以提升我国在国际气候变化方面的话语权。 根据联合国政府间气候变化专门委员会第四次评估报告,由于人类活动的影响,主要温室气体二氧化碳和甲烷的浓度已经上升到2500万年以来的最高值,并依然呈上升趋势,地表温度也在逐年升高。温室效应正直接威胁着全人类的生存和发展。精确监视全球二氧化碳的排放状况已成为有效开展气候变化研究和应对的迫切需求。 本次发射的碳卫星作为我国首颗用于监测全球大气二氧化碳含量的科学实验卫星,围绕全球气候变化这一当今国际社会普遍关心的全球性重大问题,以大气二氧化碳遥感监测为切入点,利用高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备,通过地面数据接收、处理与验证系统,定期获取全球二氧化碳分布图,大气二氧化碳反演精度将优于4ppm,使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。 碳卫星是科技部为应对全球气候变化、提升我国全球二氧化碳监测能力部署的一项重大任务。通过863计划地球观测与导航技术领域“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目立项实施。由中科院国家空间科学中心负责工程总体;中科院微小卫星创新研究院负责卫星系统,中科院长春光学精密机械与物理研究所研制有效载荷;中国气象局国家卫星气象中心负责地面数据接收处理与二氧化碳反演验证系统的研制、建设和运行。 负责本次发射任务的长征二号丁运载火箭由中国航天科技集团公司上海航天技术研究院研制。此外,本次任务还搭载发射中科院微小卫星创新研究院自主安排研制的1颗高分辨率微纳卫星和2颗高光谱微纳卫星,有效载荷由中科院光电研究院研制。这是长征系列运载火箭的第243次飞行。 “千里眼”如何“看”二氧化碳?——详解我国首颗碳卫星 12月22日3时22分,我国在酒泉卫星发射中心成功发射全球二氧化碳监测科学实验卫星。这是我国首颗、全球第三颗专门用于“看”全球大气中二氧化碳含量的卫星。 太空中怎么能“看”到二氧化碳?“看”到了二氧化碳又有什么用?这颗卫星还带了哪些“高精尖”科技?记者采访相关专家,揭开碳卫星的神秘面纱。 “千里眼”看颜色识气体 从厚厚包裹着地球的大气层中,识别出哪些气体是二氧化碳,还要画出一张张“动态图”——碳卫星需要安上特制的“千里眼”。 本次发射的碳卫星,搭载了一台高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。这台探测仪的工作原理,是在可见光和近红外谱段,利用分子吸收谱线探测二氧化碳浓度。 用通俗的话说,就是通过看“颜色”来识别二氧化碳气体。中科院长春光学精密机械与物理研究所研究员郑玉权解释,太阳光经过空气时,空气中的二氧化碳分子对许多精细的颜色有了不同程度吸收。通过光学仪器对这些色彩进行非常精准的测量,可以反向推算出二氧化碳分子数量,从而得知大气中的二氧化碳浓度。 碳卫星项目要求大气中二氧化碳的浓度监测精度优于4ppm,即是说,当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时,“千里眼”就必须发现。 长春光机所助理研究员蔺超说,长春光机所为此制造了大面积衍射光栅,相当于在头发丝的宽度上划出200余条形状和直线度要求很高的刻线,“这样的精密元件,如同细密梳子,才能过滤出更为精细的色彩”。 地面观测点也能搜集大气中的二氧化碳数据,为什么还要发射卫星?碳卫星工程地面应用系统总设计师杨忠东说,全球二氧化碳地面观测站点总共仅有数百个,难以满足监测需求,只有用卫星俯瞰,才能绘制二氧化碳分布的全景图。 “碳排放”要有中国数据 掌握全球的二氧化碳分布状况有什么用?科技部国家遥感中心总工程师李加洪说,在碳排放数据上知己知彼,对提升我国在国际气候变化方面的话语权具有重要意义。 全球变暖、极端天气……严峻的气候变化形势面前,减少二氧化碳等温室气体的排放成为必然选择。碳排放的量化监测是各国最终实现温室气体减排的重要技术基础,在所有的碳排放量监测手段中,目前只有星载高光谱温室气体探测技术既能对二氧化碳等温室气体浓度进行高精度探测,又能获取全球各区域的气体浓度分布数据。 正因如此,各发达国家纷纷研发专用卫星。由于技术难度极高,目前仅有两颗卫星从太空监视地球温室气体排放:一颗由日本2009年发射,一颗由美国2014年发射。 李加洪介绍,我国发射的碳卫星通过地面数据接收、处理与验证系统,定期获取全球二氧化碳分布图,使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。 “持家先要有账本,这个‘账本’就是我们自己监测到的碳排放量。” 李加洪说。 “高精尖”未来有望测雾霾 碳卫星上除了搭载二氧化碳探测仪,还有另一件“利器”——多谱段云与气溶胶探测仪。这台探测仪可以测量云、大气颗粒物等辅助信息,为科学家精确反向推演二氧化碳浓度剔除干扰因素。 多谱段云与气溶胶探测仪虽然不是“主角”,但可能会带来许多意想不到的收获。 杨忠东说,多谱段云与气溶胶探测仪能监测大气中的颗粒物,可以帮助气象学家提高天气预报的准确性,并为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。 研究人员表示,具体如何监测雾霾,要等碳卫星传送回第一份数据后再做分析判断。 此外,碳卫星实现全球观测,是卫星平台频繁调整姿态、“翩翩起舞”的结果。在此过程中,科研人员突破了多项关键技术,实现了技术跨越发展。

同时,卫星还搭载了云和气溶胶探测仪,来协助碳卫星获得更高精度的监测数据。此外,科研人员还建起了6个地面监测站,来对卫星数据进行校准。

待发射入轨之后,碳卫星将开始长达3年的辛勤工作:抓紧白天的分分秒秒,每天记录长达约10小时的数据。这些数据将成为我国第一手的二氧化碳监测数据,“目前,正值巴黎协定正式生效,可以说,碳卫星是一颗担当之星。”中科院副院长相里斌说。

碳卫星的发射将填补我国在温室气体监测方面的技术空白,中国有了自己的数据,还将有助于提升我国在应对全球气候变化的国际话语权,也将对当前进入活跃期的世界碳排放交易市场产生影响。

(原载于《文汇报》 2016-11-10 06版)

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