我國(guó)為什么要發(fā)射自己的二氧化碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星

　不久，繼美、日之后，地球上空的碳衛(wèi)星“家族”又會(huì)添新成員——中國(guó)將發(fā)射國(guó)內(nèi)首顆全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。

　　按照設(shè)計(jì)，在未來(lái)幾年，它將在太空巡游，通過(guò)不斷變換觀(guān)測(cè)模式，完成對(duì)全球二氧化碳的監(jiān)測(cè)，并借助模式同化技術(shù)，最終形成全球碳排放情況的“體檢報(bào)告”。

　　其實(shí)，早在2010年，中國(guó)就開(kāi)始部署并緊鑼密鼓地對(duì)碳衛(wèi)星項(xiàng)目進(jìn)行論證，并于2011年啟動(dòng)實(shí)施863計(jì)劃“十二五”重大項(xiàng)目“全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星與應(yīng)用示范”。

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

　　資料圖：美國(guó)OCO-2衛(wèi)星

　　氣候變化一直是全世界關(guān)注的熱詞。但是，國(guó)際上對(duì)影響全球氣候變化關(guān)鍵因子的連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析仍很薄弱，尚未形成完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　“從人類(lèi)有限的對(duì)大氣二氧化碳的地面直觀(guān)觀(guān)測(cè)史來(lái)看，150年來(lái)，大氣中的二氧化碳的濃度已經(jīng)從280ppm上升到400ppm。這導(dǎo)致過(guò)去100年全球平均氣溫上升了約0.7攝氏度，由此導(dǎo)致災(zāi)害性天氣頻發(fā)、強(qiáng)度加大。”碳衛(wèi)星首席應(yīng)用科學(xué)家盧乃錳告訴科技日?qǐng)?bào)記者，目前主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)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(huì)發(fā)生不可逆的變化。

　　那么，問(wèn)題來(lái)了：采集大氣中二氧化碳濃度的相關(guān)數(shù)據(jù)，全球地面都設(shè)有觀(guān)測(cè)點(diǎn)，為什么要發(fā)衛(wèi)星？“其實(shí)地面觀(guān)測(cè)的絕對(duì)精度要比衛(wèi)星觀(guān)測(cè)精度高，但地基觀(guān)測(cè)不能解決全球大氣碳含量的空間分布問(wèn)題，更不能監(jiān)測(cè)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(guān)測(cè)站點(diǎn)僅有200多個(gè)，難以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)需求。

　　當(dāng)今碳循環(huán)科學(xué)面臨的最大問(wèn)題，就是在全球和區(qū)域尺度上無(wú)法準(zhǔn)確獲取二氧化碳通量（單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的二氧化碳總量）信息。所以，需要通過(guò)空間觀(guān)測(cè)手段，完成對(duì)全球和區(qū)域范圍內(nèi)二氧化碳的測(cè)量，以提高人類(lèi)對(duì)全球碳循環(huán)過(guò)程的理論認(rèn)識(shí)，進(jìn)而改進(jìn)氣候變化預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度和穩(wěn)定性。

　　正是基于上述認(rèn)識(shí)，2009年，日本發(fā)射了世界首顆溫室氣體觀(guān)測(cè)衛(wèi)星（GOSAT）。同年，美國(guó)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(guó)是否還有必要自立門(mén)戶(hù)？盧乃錳用我國(guó)氣象衛(wèi)星的發(fā)展歷程來(lái)回應(yīng)這一疑問(wèn)：“當(dāng)初中國(guó)一窮二白，在我們發(fā)射氣象衛(wèi)星遭遇挫折的時(shí)候，很多人說(shuō)，既然可以免費(fèi)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(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，作為一個(gè)大國(guó)，不能依賴(lài)國(guó)外，必須克服困難，堅(jiān)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(lǐng)域美國(guó)、歐洲和中國(guó)三足鼎力的局面。”

　　在二氧化碳監(jiān)測(cè)問(wèn)題上，更為現(xiàn)實(shí)和迫切的需求是，中國(guó)必須擁有自主數(shù)據(jù)才能在全球氣候談判中掌握主動(dòng)權(quán)。持家得先有賬。國(guó)家遙感中心總工程師李加洪接受科技日?qǐng)?bào)獨(dú)家專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，中國(guó)政府研制并發(fā)射碳衛(wèi)星，對(duì)全球大氣中二氧化碳濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而給出全球碳分布數(shù)據(jù)，不僅是中國(guó)應(yīng)對(duì)全球氣候變化采取的積極行動(dòng)，而且也體現(xiàn)了負(fù)責(zé)任大國(guó)的擔(dān)當(dāng)。

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

　　李加洪回憶，早在2009年，根據(jù)863計(jì)劃地球觀(guān)測(cè)與導(dǎo)航領(lǐng)域辦公室的部署，國(guó)家遙感中心就在思考“十二五”的布局，對(duì)包括日本GOSAT衛(wèi)星發(fā)射和美國(guó)發(fā)射失敗的OCO-1等都非常關(guān)注，并專(zhuān)門(mén)咨詢(xún)童慶禧院士：“中國(guó)該不該搞自己的碳衛(wèi)星？”得到的是堅(jiān)定的肯定回答：“從戰(zhàn)略層面必須做。”

　　“863地球觀(guān)測(cè)與導(dǎo)航領(lǐng)域?qū)＜医M在前期領(lǐng)域戰(zhàn)略研究工作的基礎(chǔ)上，考慮‘十二五’部署哪些項(xiàng)目時(shí)，大家對(duì)發(fā)射碳衛(wèi)星這件事已達(dá)成共識(shí)，問(wèn)題是我們能否做得了和怎么做。”盧乃錳回憶。

　　碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是我國(guó)的空白，對(duì)于我國(guó)科研人員來(lái)說(shuō)是一種全新的挑戰(zhàn)，只能摸著石頭過(guò)河。“我們剛開(kāi)始也是兩眼一抹黑。這類(lèi)衛(wèi)星對(duì)于光學(xué)儀器的要求非常高，我們?cè)谠骷雀鞣矫媸欠衲軡M(mǎn)足需求？”盧乃錳說(shuō)，沒(méi)有人敢打包票，“在走訪(fǎng)了全國(guó)十多個(gè)相關(guān)單位后，大家心里有點(diǎn)底了。”

　　中國(guó)碳衛(wèi)星還加載了真正意義上的云與氣溶膠監(jiān)測(cè)儀。李加洪解釋?zhuān)?ldquo;利用它能排除云和空氣中氣溶膠的影響，也就是解決對(duì)二氧化碳監(jiān)測(cè)的‘噪音’干擾問(wèn)題。”

　　具體到指標(biāo)設(shè)計(jì)，盧乃錳說(shuō)，“我們?cè)诜磸?fù)權(quán)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(guó)的碳衛(wèi)星不僅實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，還極大地帶動(dòng)了我國(guó)多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)的突破。

　　“碳衛(wèi)星由863計(jì)劃立項(xiàng)，前期主要按照863項(xiàng)目管理，但后期工程主要以航天工程模式進(jìn)行管理。”參與863計(jì)劃全過(guò)程管理的李加洪介紹，中科院負(fù)責(zé)碳衛(wèi)星工程的組織實(shí)施，中國(guó)氣象局負(fù)責(zé)地面應(yīng)用系統(tǒng)。該工程按照航天工程管理模式，專(zhuān)門(mén)成立了衛(wèi)星工程總師和總指揮兩總管理體系，通過(guò)工程“兩總”體系，使得863項(xiàng)目管理和航天工程管理之間得到了有機(jī)結(jié)合，實(shí)際也實(shí)現(xiàn)了國(guó)家科技計(jì)劃中工程性項(xiàng)目的管理創(chuàng)新。

　　“該項(xiàng)目立項(xiàng)還緊密結(jié)合相關(guān)部門(mén)的需求，如它與中科院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的碳專(zhuān)項(xiàng)緊密結(jié)合，也與中科院一直推動(dòng)系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星計(jì)劃不謀而合。”李加洪說(shuō)。

　　碳衛(wèi)星是為有效掌握全球二氧化碳分布情況，“十二五”國(guó)家863計(jì)劃設(shè)置了“全球二氧化碳監(jiān)測(cè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與應(yīng)用示范”重大項(xiàng)目。

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