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　　“中國新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星‘風云四號’和首顆全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(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家認為，人類活動排放的二氧化碳是導致近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。
　　在此基礎之上，學界一直圍繞兩點進行研究：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制？另一方面，也是更為關鍵的碳源匯問題——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，準確、實時掌握全球大氣中二氧化碳的濃度變化對指導人類減緩和適應氣候更替將發(fā)揮至關重要的作用。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)星是一顆標準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。“根據(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)能形成互補關系，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強聯(lián)手，匯集到位于北京的資料處理中心。由于碳衛(wèi)星為全球運行，國家衛(wèi)星氣象中心依托“風云”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)星地面應用系統(tǒng)的總指揮，張鵬對這一點非常自豪。
　　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數(shù)據(jù)，還要經(jīng)歷數(shù)據(jù)預處理和產(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，無法直接被科學家使用。所以，首先需要對碳衛(wèi)星的原始觀測資料進行加工預處理，它的主要環(huán)節(jié)包括定位、輻射定標和光譜定標，科學家需要深入了解遙感儀器的工作原理和星上設計，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)設計10個到30個探測通道，對這些通道的數(shù)據(jù)標定出精準的波長。之后，原始數(shù)據(jù)就會“變身”光學信號，也就成為具有科學意義的一級數(shù)據(jù)。而這背后正是科學家們多年的聯(lián)合攻關，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依據(jù)
　　將對指導人類減緩和適應氣候更替發(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模型相結(jié)合，科學家或?qū)⒛軌虬烟寂欧胖械娜祟愑绊懪c自然過程分開。
　　當前，我國科學家對于碳衛(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)高校相關領域的科學家都高度關注。
　　具體到碳衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應用前景，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，為應對全球氣候變化作出中國貢獻?！睆堸i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)合中科院和有關高校的專家攻關，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)濟日報》 2017-11-23 12版）