“中國新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星‘風(fēng)云四號’和首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星（簡稱碳衛(wèi)星）的數(shù)據(jù)產(chǎn)品將對全球用戶免費(fèi)開放！”在日前舉行的地球觀測組織（GEO）第14屆全會“中國日”活動上，中國代表宣布了這一重大消息
　　這一消息發(fā)布當(dāng)日，碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品率先正式開放共享。至此，中國成為繼日本、美國之后，第3個可以提供碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的國家。未來，匯集約140天的數(shù)據(jù)可制作一張無縫隙全球覆蓋的二氧化碳監(jiān)測圖。這顆碳衛(wèi)星將對充分了解全球碳循環(huán)過程及其對全球氣候變化的影響，發(fā)揮重要作用。
　　“碳”測圖無縫隙全球覆蓋
　　可獲取覆蓋全球的二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)
　　主流氣候?qū)W家認(rèn)為，人類活動排放的二氧化碳是導(dǎo)致近200年間大氣二氧化碳濃度急劇上升和全球變暖的主要推手。
　　在此基礎(chǔ)之上，學(xué)界一直圍繞兩點(diǎn)進(jìn)行研究：一方面，如果二氧化碳濃度持續(xù)上升，溫度會不會也隨之持續(xù)上升？氣候系統(tǒng)對二氧化碳的變化有著怎樣的反饋機(jī)制？另一方面，也是更為關(guān)鍵的碳源匯問題——每年自然和人為分別向大氣中排放了多少二氧化碳？地球系統(tǒng)又能夠消化吸收其中的多少？
　　不難想到，準(zhǔn)確、實時掌握全球大氣中二氧化碳的濃度變化對指導(dǎo)人類減緩和適應(yīng)氣候更替將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。碳衛(wèi)星在一定程度上為這個問題提供了解決方案，它可以獲取覆蓋全球的二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)。
　　目前，碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)每天更新。用戶可以按照日期和區(qū)域定制下載碳衛(wèi)星的全球數(shù)據(jù)。那么，它一天的覆蓋觀測范圍有多大呢？碳衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)總指揮、國家衛(wèi)星氣象中心副主任張鵬介紹，碳衛(wèi)星是一顆標(biāo)準(zhǔn)的近極地太陽同步衛(wèi)星，每天在距地球700公里高度的軌道上空圍著地球南北兩極繞圈飛行，一天能跑14圈到15圈。碳衛(wèi)星上的全球二氧化碳監(jiān)測儀每軌可以收集到軌道東西向20公里范圍內(nèi)的地球大氣高光譜分辨率信息。如此算下來，碳衛(wèi)星一天所獲數(shù)據(jù)能夠覆蓋約300公里的區(qū)域。
　　地球赤道的周長約4萬公里，從理論上說，如果拿到140天左右、2000條軌道的觀測數(shù)據(jù)，就能獲取一張無縫隙全球覆蓋的二氧化碳監(jiān)測圖。需要注意的是，在衛(wèi)星行進(jìn)途中，遇到云層遮擋時，無法獲取大氣二氧化碳信息，會留有大片數(shù)據(jù)空缺的區(qū)域?！案鶕?jù)美國同類衛(wèi)星OCO-2的經(jīng)驗，一般積累半年觀測資料，能獲得一組全球覆蓋相對完整的數(shù)據(jù)；積累一年觀測資料，通過不斷重復(fù)觀測把縫隙、云缺觀測數(shù)據(jù)填充上，才能提供一套完整的全球二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)?！睆堸i說。
　　對于此次中國碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)向國際開放，中方專家團(tuán)隊還有一個期待：如果中、美、日3家碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)能形成互補(bǔ)關(guān)系，或許將可以在一定程度上解決完整數(shù)據(jù)獲取周期長的問題。
　　數(shù)據(jù)“生產(chǎn)線”層層對接
　　確保全球二氧化碳碳源匯分布數(shù)據(jù)質(zhì)量
　　想要將碳衛(wèi)星的全球觀測資料完整無誤地接收下來，還需要衛(wèi)星和地面接收站的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，匯集到位于北京的資料處理中心。由于碳衛(wèi)星為全球運(yùn)行，國家衛(wèi)星氣象中心依托“風(fēng)云”極軌衛(wèi)星的地面接收站網(wǎng)布局，使用一個極區(qū)高緯度站（瑞典基律納站）和兩個國內(nèi)站（烏魯木齊站和佳木斯站）組合接收碳衛(wèi)星的全球資料。特別是在基律納站的幫助下，可以確保碳衛(wèi)星每一軌資料都能當(dāng)天及時傳回地面，保證了觀測資料“不在衛(wèi)星上過夜”。作為碳衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)的總指揮，張鵬對這一點(diǎn)非常自豪。
　　數(shù)據(jù)接收還只是碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)“生產(chǎn)線”的開始，要向用戶提供可以使用的科學(xué)數(shù)據(jù)，還要經(jīng)歷數(shù)據(jù)預(yù)處理和產(chǎn)品定量反演等科技含量極高的工作。
　　衛(wèi)星接收的是原始觀測資料，無法直接被科學(xué)家使用。所以，首先需要對碳衛(wèi)星的原始觀測資料進(jìn)行加工預(yù)處理，它的主要環(huán)節(jié)包括定位、輻射定標(biāo)和光譜定標(biāo)，科學(xué)家需要深入了解遙感儀器的工作原理和星上設(shè)計，技術(shù)難度極高。
　　張鵬介紹，定位就是看資料位于哪里。定標(biāo)分成兩個方面，因為要識別大氣中二氧化碳吸收的譜線很窄，輻射定量化精度極高，光譜分辨率極高，技術(shù)挑戰(zhàn)非常大。比如光譜分辨率，需要在1納米的范圍內(nèi)設(shè)計10個到30個探測通道，對這些通道的數(shù)據(jù)標(biāo)定出精準(zhǔn)的波長。之后，原始數(shù)據(jù)就會“變身”光學(xué)信號，也就成為具有科學(xué)意義的一級數(shù)據(jù)。而這背后正是科學(xué)家們多年的聯(lián)合攻關(guān)，才啃下了這塊有著很高技術(shù)難度的“硬骨頭”。
　　碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)“生產(chǎn)線”到這里，就能提供給科學(xué)家由其反演二氧化碳濃度“化身”而來的二級數(shù)據(jù)；再與相關(guān)模式結(jié)合，得到全球二氧化碳碳源匯的分布。
　　與此同時，只有從源頭保障一級數(shù)據(jù)正確，才能確保二氧化碳濃度反演正確。張鵬說，在軌測試的這半年中，他們找到了碳衛(wèi)星與美國OCO-2觀測條件、觀測軌道、觀測區(qū)域完全一樣的一軌，認(rèn)真比對后發(fā)現(xiàn)，兩顆衛(wèi)星觀測資料的一致性非常好?！斑@說明，在數(shù)據(jù)質(zhì)量這一塊，我們的碳衛(wèi)星與美國的OCO-2同屬一個量級?！?br/>　　為大氣治理提供科學(xué)依據(jù)
　　將對指導(dǎo)人類減緩和適應(yīng)氣候更替發(fā)揮重要作用
　　2009年，日本成功發(fā)射了全球首顆碳衛(wèi)星GOSAT；2014年，美國航空航天局（NASA）成功發(fā)射了OCO-2。從實踐來看，二氧化碳觀測衛(wèi)星對于氣候變化研究具有重大推動作用。
　　以美國為例，今年10月，NASA劉俊杰團(tuán)隊通過分析兩年多來的OCO-2數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，受厄爾尼諾現(xiàn)象影響，某些熱帶地區(qū)比平時釋放更多二氧化碳。這項研究解釋了“這些年來，人類活動的排放量大致相同，全球新增二氧化碳從哪里來的”這個重要科學(xué)問題。
　　隨著中國碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的開放共享，全球3顆二氧化碳觀測衛(wèi)星在軌，將給人類二氧化碳排放量監(jiān)測和全球碳循環(huán)研究帶來更多可能。比如，科學(xué)家將能夠更好地觀察到高排放地區(qū)二氧化碳濃度升高，甚至個別發(fā)電廠和工業(yè)中的泄漏。另外，通過將遙感技術(shù)與大氣、海洋和陸地的計算機(jī)模型相結(jié)合，科學(xué)家或?qū)⒛軌虬烟寂欧胖械娜祟愑绊懪c自然過程分開。
　　當(dāng)前，我國科學(xué)家對于碳衛(wèi)星的數(shù)據(jù)需求可謂非常迫切。此前，中科院開展碳循環(huán)模式研究的多名科學(xué)家已經(jīng)開始引入日本、美國碳衛(wèi)星的二級資料。對于此次碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)全球開放共享，中科院、中國氣象局、國內(nèi)高校相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家都高度關(guān)注。
　　具體到碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用前景，張鵬介紹，碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以為我國未來大氣治理工作提供科學(xué)依據(jù)，為IPCC第六次報告提供中國國內(nèi)自主觀測數(shù)據(jù)，也可以提供給國家氣候中心用作全球氣候變化模擬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。另外，這些數(shù)據(jù)也是目前生態(tài)植被研究中非常需要的。
　　張鵬表示，目前已開放的是碳衛(wèi)星一級資料，資深用戶已經(jīng)可以用來反演二氧化碳信息。“我們正在不斷測試碳衛(wèi)星的算法和產(chǎn)品，下一步，會推出應(yīng)用更為廣泛的二級數(shù)據(jù)，做出真正的全球二氧化碳分布圖，為應(yīng)對全球氣候變化作出中國貢獻(xiàn)。”張鵬說。
　　二級產(chǎn)品即二氧化碳反演技術(shù)，技術(shù)難度極高。目前，國家衛(wèi)星氣象中心正在聯(lián)合中科院和有關(guān)高校的專家攻關(guān)，希望在不久的將來能夠為用戶提供穩(wěn)定可靠的二級產(chǎn)品。
　?。ㄔd于《經(jīng)濟(jì)日報》 2017-11-23 12版）