能為森林“體檢”的衛(wèi)星

歐洲航天局的首顆“生物量”衛(wèi)星近日成功發(fā)射。它首次將強(qiáng)大的P波段雷達(dá)送入太空軌道，能夠從太空中對地球上的森林進(jìn)行“體檢”，繪制全球森林3D地圖，并評估森林如何影響大氣層內(nèi)的二氧化碳總量，對于應(yīng)對氣候變化具有重要意義。

精確測量樹冠和樹根

4月29日，歐洲航天局宣布，其“生物量”衛(wèi)星搭乘“織女星-C”型火箭從法屬圭亞那庫魯航天中心成功發(fā)射。火箭升空后1小時，衛(wèi)星同火箭分離，隨后進(jìn)入預(yù)定軌道。技術(shù)團(tuán)隊逐項確認(rèn)了各個系統(tǒng)的狀態(tài)，由7.5米支撐臂支撐的12米寬網(wǎng)狀雷達(dá)信號發(fā)射器為后續(xù)觀測工作做好了準(zhǔn)備。

地球上的森林與溫室氣體二氧化碳息息相關(guān)。森林通過光合作用吸收二氧化碳，并將其儲存在生物質(zhì)（其含量簡稱“生物量”）中，從而降低大氣中的二氧化碳含量。全球森林每年能吸收約80億噸二氧化碳。然而，森林因遭到砍伐以及自然退化，儲碳能力正在減弱，從而加劇了全球變暖。

熱帶地區(qū)和高原地區(qū)的森林所保有的“生物量”，比北美和歐亞大陸的森林高，但前者的儲碳能力變化較大。例如，亞馬孫熱帶雨林釋放到大氣中的二氧化碳量已經(jīng)超過了其吸收的量，而且其儲碳能力還在繼續(xù)減弱。全球森林的儲碳能力究竟如何？將發(fā)生怎樣的變化？由于缺乏準(zhǔn)確、詳細(xì)的信息，相關(guān)科學(xué)研究和政策制定面臨很大挑戰(zhàn)。

在此背景下，依靠其搭載的P波段合成孔徑雷達(dá)，“生物量”衛(wèi)星可穿透云層測量樹干、樹葉等的“生物量”，為估算森林儲碳能力提供數(shù)據(jù)。

“生物量”衛(wèi)星由50余家企業(yè)聯(lián)合研制，由空中客車英國公司制造。它采用一種新的測量方法，能夠從太空中觀測森林，并測定其“生物量”數(shù)據(jù)。P波段合成孔徑雷達(dá)能發(fā)射70厘米雷達(dá)波，具有極強(qiáng)的探測能力，能穿透大氣層和云層，不僅可以精確測定樹冠的體積，還能測定隱藏在地下的樹根范圍和形狀。

歐洲航天局地球觀測項目主任西莫內(nèi)塔·切利表示：“借助‘生物量’衛(wèi)星，我們有望獲得有關(guān)全球森林儲碳能力的重要數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)在碳循環(huán)知識上的關(guān)鍵空白，最終加深對地球氣候系統(tǒng)的理解，從而更加有效地應(yīng)對全球變暖。”

研究全球變暖的重要數(shù)據(jù)

據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志報道，相關(guān)技術(shù)早在20世紀(jì)80年代后期就在英格蘭東部的林地進(jìn)行了測試。當(dāng)時直升機(jī)和固定翼飛機(jī)都曾搭載雷達(dá)，在數(shù)百米乃至數(shù)千米高空精確測定林區(qū)的“生物量”。

當(dāng)時的科學(xué)家認(rèn)為，這種系統(tǒng)不太可能在太空中發(fā)揮作用，因為需要采用涉及軍事用途的雷達(dá)波段。后經(jīng)歐洲航天局與國際電信聯(lián)盟及北約溝通，在雷達(dá)頻譜中開出一個“窗口”，用于在太空中對地球資源進(jìn)行研究——這就是“生物量”衛(wèi)星的技術(shù)基礎(chǔ)。

進(jìn)入太空后，“生物量”衛(wèi)星將對地球進(jìn)行勘測，并繪制全球森林3D地圖。該項目所獲取的數(shù)據(jù)將公開，以便科學(xué)界對地球“生物量”進(jìn)行評估。歐洲航天局地球森林觀測項目首席科學(xué)家豪恩·奎根教授強(qiáng)調(diào)，“生物量”是研究全球變暖的重要數(shù)據(jù)，能夠幫專家更好地監(jiān)測氣候變化，并為其影響做好準(zhǔn)備。他表示，盡管是一個太空項目，但該項目的成功取決于積極參與“生物量”觀測的各個領(lǐng)域的科學(xué)家。

奎根詳細(xì)闡述了“生物量”衛(wèi)星的重要性：“它將使我們前所未有地深入了解世界各地的森林結(jié)構(gòu)及其變化，包括森林砍伐造成的損失、再生和重新造林帶來的收益以及它們?nèi)绾斡绊懘髿鈱觾?nèi)的二氧化碳總量。”

奎根表示，“生物量”衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)，能夠提供有關(guān)地球森林狀況及其隨時間動態(tài)變化的獨(dú)特數(shù)據(jù)。這項研究可以形象地比喻為對全球森林進(jìn)行“體檢”，明確森林的重量、高度和“體質(zhì)”。“生物量”衛(wèi)星收集的數(shù)據(jù)，將降低地球大氣層內(nèi)碳儲量和排放量的不確定性，特別是測定與森林退化、再生和土地利用變化相關(guān)的碳量。

建立生物質(zhì)燃燒碳排放數(shù)據(jù)集

除了能夠提供對森林“生物量”的精確觀測數(shù)據(jù)，“生物量”衛(wèi)星還能發(fā)揮多種作用，包括觀測地形，確定地下水的流動路徑，甚至能夠發(fā)現(xiàn)具有考古意義的地下遺跡，還可用于繪制沙漠地質(zhì)圖、冰蓋結(jié)構(gòu)圖及森林地形圖等。

據(jù)《新科學(xué)家》報道，歐洲“生物量”衛(wèi)星的另一項重要任務(wù)，是建立高分辨率生物質(zhì)燃燒碳排放數(shù)據(jù)集。

“生物量”衛(wèi)星通過實(shí)施火點(diǎn)監(jiān)測，結(jié)合地基觀測設(shè)施和其他衛(wèi)星提供的可燃生物量、燃燒因子和排放因子數(shù)據(jù)，可以量化全球生物質(zhì)燃燒的碳排放量。

生物質(zhì)燃燒是全球碳排放的重要來源，包括森林火災(zāi)、草原火災(zāi)、灌木火災(zāi)、農(nóng)作物秸稈燃燒等，呈現(xiàn)出周期性、隨機(jī)性、多點(diǎn)源、范圍廣、監(jiān)測難等特點(diǎn)。精確量化生物質(zhì)燃燒碳排放，是厘清陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的基礎(chǔ)，也是闡明全球各區(qū)域“碳收支平衡”的前提。

另外，生物質(zhì)燃燒碳排放是大氣化學(xué)傳輸模型的重要參數(shù)之一。準(zhǔn)確可靠的生物質(zhì)燃燒碳排放數(shù)據(jù)，可以提高大氣傳輸模型的精度。因此，科學(xué)有效地核算生物質(zhì)燃燒碳排放，對測定陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和大氣碳濃度均具有重要意義。

研究顯示，2020年至2022年間，全球生物質(zhì)燃燒碳排放量高達(dá)25.9億噸/年。生物質(zhì)燃燒碳排放在時間和空間上存在顯著差異：非洲南部的生物質(zhì)燃燒碳排放量最高，達(dá)到8.5億噸/年；其次是南美洲南部，為5.3億噸/年；非洲北部為3.9億噸/年；東南亞地區(qū)為2億噸/年。上述差異表明，生物質(zhì)燃燒活動對碳排放的影響具有顯著的區(qū)域特征。

在全球生物質(zhì)燃燒碳排放中，草原火災(zāi)居首位，年均排放量為12.1億噸碳，占總排放量的46.7%；其次是灌木火災(zāi)和熱帶森林火災(zāi)，分別占總排放量的33%和12.1%。

利用“生物量”衛(wèi)星分類監(jiān)測全球各地的生物質(zhì)燃燒情況，能夠揭示不同火災(zāi)類型對碳排放的具體影響，并指導(dǎo)相關(guān)機(jī)構(gòu)采取有效的應(yīng)對措施。

編輯：姚志剛" " winter-yao@163.com