我國為什么要發(fā)射自己的二氧化碳監(jiān)測衛(wèi)星

　不久，繼美、日之后，地球上空的碳衛(wèi)星“家族”又會添新成員——中國將發(fā)射國內(nèi)首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星。

　　按照設計，在未來幾年，它將在太空巡游，通過不斷變換觀測模式，完成對全球二氧化碳的監(jiān)測，并借助模式同化技術，最終形成全球碳排放情況的“體檢報告”。

　　其實，早在2010年，中國就開始部署并緊鑼密鼓地對碳衛(wèi)星項目進行論證，并于2011年啟動實施863計劃“十二五”重大項目“全球二氧化碳監(jiān)測科學試驗衛(wèi)星與應用示范”。

　　中國為什么這么需要一顆碳衛(wèi)星？布局這步棋將對全球氣候變化的監(jiān)測和分析起到什么作用？

　　資料圖：美國OCO-2衛(wèi)星

　　氣候變化一直是全世界關注的熱詞。但是，國際上對影響全球氣候變化關鍵因子的連續(xù)監(jiān)測和分析仍很薄弱，尚未形成完備的基礎數(shù)據(jù)。

　　“從人類有限的對大氣二氧化碳的地面直觀觀測史來看，150年來，大氣中的二氧化碳的濃度已經(jīng)從280ppm上升到400ppm。這導致過去100年全球平均氣溫上升了約0.7攝氏度，由此導致災害性天氣頻發(fā)、強度加大。”碳衛(wèi)星首席應用科學家盧乃錳告訴科技日報記者，目前主流觀點認為，如果溫度繼續(xù)上升，即使此后將二氧化碳濃度減小，地球也會發(fā)生不可逆的變化。

　　那么，問題來了：采集大氣中二氧化碳濃度的相關數(shù)據(jù)，全球地面都設有觀測點，為什么要發(fā)衛(wèi)星？“其實地面觀測的絕對精度要比衛(wèi)星觀測精度高，但地基觀測不能解決全球大氣碳含量的空間分布問題，更不能監(jiān)測到海洋上空大氣中二氧化碳的含量。”盧乃錳介紹，2010年左右，全球的二氧化碳地面觀測站點僅有200多個，難以滿足監(jiān)測需求。

　　當今碳循環(huán)科學面臨的最大問題，就是在全球和區(qū)域尺度上無法準確獲取二氧化碳通量（單位時間內(nèi)通過單位面積的二氧化碳總量）信息。所以，需要通過空間觀測手段，完成對全球和區(qū)域范圍內(nèi)二氧化碳的測量，以提高人類對全球碳循環(huán)過程的理論認識，進而改進氣候變化預測結果的可信度和穩(wěn)定性。

　　正是基于上述認識，2009年，日本發(fā)射了世界首顆溫室氣體觀測衛(wèi)星（GOSAT）。同年，美國的碳衛(wèi)星（OCO-1）首次發(fā)射失敗，后于2014年再次發(fā)射其替代者OCO-2。

　　已有美日兩顆碳衛(wèi)星在前，中國是否還有必要自立門戶？盧乃錳用我國氣象衛(wèi)星的發(fā)展歷程來回應這一疑問：“當初中國一窮二白，在我們發(fā)射氣象衛(wèi)星遭遇挫折的時候，很多人說，既然可以免費用日本的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，就不要發(fā)射自己的氣象衛(wèi)星了，但從長遠角度看，作為一個大國，不能依賴國外，必須克服困難，堅定地走自主發(fā)展的道路，這樣才形成如今在氣象衛(wèi)星領域美國、歐洲和中國三足鼎力的局面。”

　　在二氧化碳監(jiān)測問題上，更為現(xiàn)實和迫切的需求是，中國必須擁有自主數(shù)據(jù)才能在全球氣候談判中掌握主動權。持家得先有賬。國家遙感中心總工程師李加洪接受科技日報獨家專訪時說，中國政府研制并發(fā)射碳衛(wèi)星，對全球大氣中二氧化碳濃度進行動態(tài)監(jiān)測，進而給出全球碳分布數(shù)據(jù)，不僅是中國應對全球氣候變化采取的積極行動，而且也體現(xiàn)了負責任大國的擔當。

　　同時，在李加洪看來，“做全球二氧化碳監(jiān)測僅僅一兩顆衛(wèi)星是不夠的，我國是第三顆，歐洲也將碳衛(wèi)星列入計劃。我們希望通過這顆衛(wèi)星和其他幾個國家合作形成碳衛(wèi)星‘虛擬星座’，聯(lián)合觀測大氣二氧化碳，為全球氣候變化提供更加豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)”。

　　李加洪回憶，早在2009年，根據(jù)863計劃地球觀測與導航領域辦公室的部署，國家遙感中心就在思考“十二五”的布局，對包括日本GOSAT衛(wèi)星發(fā)射和美國發(fā)射失敗的OCO-1等都非常關注，并專門咨詢童慶禧院士：“中國該不該搞自己的碳衛(wèi)星？”得到的是堅定的肯定回答：“從戰(zhàn)略層面必須做。”

　　“863地球觀測與導航領域?qū)＜医M在前期領域戰(zhàn)略研究工作的基礎上，考慮‘十二五’部署哪些項目時，大家對發(fā)射碳衛(wèi)星這件事已達成共識，問題是我們能否做得了和怎么做。”盧乃錳回憶。

　　碳監(jiān)測衛(wèi)星是我國的空白，對于我國科研人員來說是一種全新的挑戰(zhàn)，只能摸著石頭過河。“我們剛開始也是兩眼一抹黑。這類衛(wèi)星對于光學儀器的要求非常高，我們在元器件等各方面是否能滿足需求？”盧乃錳說，沒有人敢打包票，“在走訪了全國十多個相關單位后，大家心里有點底了。”

　　中國碳衛(wèi)星還加載了真正意義上的云與氣溶膠監(jiān)測儀。李加洪解釋：“利用它能排除云和空氣中氣溶膠的影響，也就是解決對二氧化碳監(jiān)測的‘噪音’干擾問題。”

　　具體到指標設計，盧乃錳說，“我們在反復權衡功能、精度和工藝水平后，確定了合適的配置方案”。最終，在“跳起腳能夠得著”的宗旨下，中國的碳衛(wèi)星不僅實現(xiàn)了各項設計指標，還極大地帶動了我國多項相關技術的突破。

　　“碳衛(wèi)星由863計劃立項，前期主要按照863項目管理，但后期工程主要以航天工程模式進行管理。”參與863計劃全過程管理的李加洪介紹，中科院負責碳衛(wèi)星工程的組織實施，中國氣象局負責地面應用系統(tǒng)。該工程按照航天工程管理模式，專門成立了衛(wèi)星工程總師和總指揮兩總管理體系，通過工程“兩總”體系，使得863項目管理和航天工程管理之間得到了有機結合，實際也實現(xiàn)了國家科技計劃中工程性項目的管理創(chuàng)新。

　　“該項目立項還緊密結合相關部門的需求，如它與中科院先導專項的碳專項緊密結合，也與中科院一直推動系列科學實驗衛(wèi)星計劃不謀而合。”李加洪說。

　　碳衛(wèi)星是為有效掌握全球二氧化碳分布情況，“十二五”國家863計劃設置了“全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星與應用示范”重大項目。

　　碳衛(wèi)星以二氧化碳遙感監(jiān)測為切入點，建立高光譜衛(wèi)星地面數(shù)據(jù)處理與驗證系統(tǒng)，形成對全球、中國及其它重點地區(qū)二氧化碳濃度監(jiān)測能力，監(jiān)測精度優(yōu)于4ppm，這一精度已達到高光譜大氣痕量氣體探測方面的國際先進水平。