中國碳衛星：從太空觀測診斷地球的呼吸

2016年12月22日，中國碳衛星在酒泉衛星發射基地成功發射升空并在軌運行，成為國際上第三顆具有高精度溫室氣體探測能力的衛星。

碳衛星遙感：全球“普查”CO2

工業革命以來，人類活動向大氣排放了大量的溫室氣體，特別是溫室效應強、含量高、壽命長的CO2，被認為是全球變暖的首要因素，為了應對全球變暖，聯合國氣候變化框架公約對各國溫室氣體排放提出了明確的“可測量、可報告、可核實”三可要求。

地基觀測具有精度高、時間連續的優點，但是由于觀測站點分布的限制不適用于全球大范圍觀測；衛星遙感具有高分辨率、大范圍、周期重復觀測等優點，其全球“普查”優勢是地基觀測所不能比擬的。通過中國碳衛星遙感觀測的超高光譜分辨率數據，能夠對全球大氣中CO2濃度進行動態監測，還能高精度提取植被葉綠素熒光信號。而葉綠素熒光遙感是植被光合生產力直接遙感探測新方法，結合同步反演的大氣CO2濃度數據，二者協同將能夠極大提升全球碳收支的觀測能力。

繼續共享：全球大氣CO2和植被葉綠素熒光

衛星遙感大氣CO2濃度的主要挑戰是精度要求高、干擾因素多、反演難度大。中國科學院大氣物理研究所劉毅研究員團隊，自主研發了高精度大氣CO2濃度反演算法，對衛星數據進行解析、反演獲取了中國碳衛星首幅全球陸地CO2濃度分布圖（如圖1），這一結果預示著中國碳衛星將開始提供全球大氣CO2濃度觀測資料。分布圖顯示出由冬季至春季由于人為排放累計所形成的北半球大氣CO2高濃度、南半球較少人為排放的低濃度分布特征；由春入夏北半球由于生態系統光合作用的碳吸收導致CO2濃度降低的趨勢；人類活動強、碳排放高地區的大氣CO2濃度顯著高于周邊地區的現象。

葉綠素熒光是植被光合作用發射的微弱光譜信號，且在大氣傳輸過程中受到大氣吸收、散射等嚴重干擾，如何從衛星遙感信號中將微弱的葉綠素熒光分離出來具有重大挑戰。中國科學院遙感與數字地球研究所劉良云研究員團隊自主研發了高精度的葉綠素熒光衛星反演算法，獲得了中國碳衛星的首幅全球葉綠素熒光反 演結果（如圖2）。結果表明，中國碳衛星葉綠素熒光產品能夠清晰顯示2017年7 月份北美玉米帶、歐洲平原、東亞農業種植區以及12月份亞馬遜雨林等區域的植被旺盛生產力，且南北半球夏季與冬季植被生產力的動態變化也非常準確。與美國OCO-2衛星產品相對比，二者在空間格局、季節變化特征、取值范圍等方面也非常一致，這表明我國碳衛星達到了美國OCO-2衛星這一國際最高水平。

未來，中國科學院將繼續提供中國碳衛星的高精度大氣CO2濃度和植被葉綠素熒光遙感產品與共享服務，并開展二者協同的全球碳源匯和人為活動碳排放空間估算等科學應用，提供全球覆蓋的自主科學數據，為我國積極應對氣候變化、構建人類命運共同體等提供科技支撐。

（中國科學院大氣物理研究所、遙感與數字地球研究所聯合供稿， 執筆人為：劉毅、楊東旭、蔡兆男、劉良云、杜珊珊）