大气中的二氧化碳浓度如何观测？遥望蓝天，“碳卫星”正成为中坚力量。2021年，中国科研团队基于我国第一颗碳卫星——全球二氧化碳监测科学实验卫星的观测数据，发布全球碳通量数据集，标志着我国已具备全球碳收支的空间定量监测能力，可以助力盘点各地碳收支。
碳中和进程不仅依赖能源技术的变革创新，也离不开相关政策的优化和实施效果的评估。这就要求对碳排放、碳汇的现状和变化过程有深入了解，而全面准确的监测数据是重要基础。很长一段时间以来，人们主要通过地面站点监测二氧化碳排放，虽然绝对精度较高，但因地面监测站数量有限，很难覆盖全球，无法得出全球范围二氧化碳及碳源、碳汇的空间分布情况。
2006年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）制定了《IPCC国家温室气体清单指南》（以下简称《指南》），要求各国按照《指南》的方法要求编制清单，但国别清单的误差、偏差、透明度等问题无法避免。随着大气探测和模型模拟技术的飞速发展，通过大气二氧化碳浓度观测溯源排放的方法被认为可以有效核验清单，因此在2019年修订版中，该方法被正式写入《指南》。与地面监测站相比，卫星由于其观测视角特殊，已在全球覆盖观测中占据重要地位。
碳卫星通过利用大气二氧化碳吸收光谱的形态，来计算获得二氧化碳在大气中的含量，进而计算碳排放和碳吸收。其优势在于看得广、看得清，与地面观测形成有效互补。自2009年以来，日本、美国和中国相继发射了碳卫星。
卫星在轨运行只是第一步，如何利用卫星遥感进行准确有效的监测、获取高质量数据、对数据进行科学解析以及数据产品的应用等环节才是重头戏。大气二氧化碳的变化涉及大气圈、生物圈、岩石圈、海洋圈、人类圈等多个圈层的相互联系。利用碳卫星监测的难度在于精度要求很高，需要达到2.5‰，误差极小。因此，探测仪器、大气、地表等干扰对精度的影响巨大。例如，空气中的气溶胶形态各异，导致其产生的干扰效果差异大，对于碳排放较强地区，气溶胶的污染相对也大，这就会造成对排放源附近观测的误差。因此，在观测中，针对气溶胶问题会搭载额外的通道，通过对气溶胶的协同探测，来修订其引入的偏差。在中国碳卫星研发团队的攻关下，从卫星平台、载荷研制，到反演算法、同化系统，形成了全链路的突破。
这一代碳卫星的核心目标是针对《巴黎协定》提出的全球盘点任务，实现空间碳监测方法。下一代碳卫星将继续提高精度，并完成真正的全球覆盖观测，实现全球碳排放和碳汇的高时频、高定量、高覆盖观测。各国可以通过合作形成碳卫星“虚拟星座”，协同观测大气二氧化碳，为全球气候变化提供更加丰富的监测数据。目前，包括我国在内的不少国家已开始下一代碳卫星的研发工作，将面向全球盘点双碳目标，更全面地解析全球和国家等多级目标对象的碳排放和碳汇情况。
（作者为中国科学院大气物理研究所碳中和研究中心副研究员）
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