林莉文

為何發(fā)射碳衛(wèi)星

二氧化碳是溫室氣體的主要組成部分，它就像地球上空的一個(gè)罩子，會(huì)吸收地表反射的長(zhǎng)波輻射，造成全球變暖。盡管全球變暖問題一直是全球關(guān)注的熱點(diǎn)，但對(duì)全球大氣碳含量的空間分布情況等問題，數(shù)量有限的地面監(jiān)測(cè)站往往難以提供準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)。

2009年，日本發(fā)射了世界上首顆溫室氣體觀測(cè)衛(wèi)星GOSAT;2014年，美國(guó)緊隨其后，發(fā)射OCO-2衛(wèi)星。2016年，我國(guó)正式發(fā)射了首顆碳衛(wèi)星，它搭載了超高精度的探測(cè)儀，能夠探測(cè)到大氣中二氧化碳1%的濃度變化，并且能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳探測(cè)的全球覆蓋。對(duì)于碳排放數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，中國(guó)唯有擁有自主數(shù)據(jù)，做到知己知彼，才能在全球氣候談判中掌握主動(dòng)權(quán)，提升話語權(quán)。

碳衛(wèi)星檔案

我國(guó)發(fā)射的碳衛(wèi)星是一顆極軌衛(wèi)星，它每天在地球上空700千米高度的軌道上圍繞地球經(jīng)南北兩極運(yùn)行，平均每天圍著地球“跑”14—15圈，給地球上空的大氣作“掃描”。碳衛(wèi)星每軌能收集軌道東西向20千米范圍內(nèi)的大氣環(huán)境信息，這樣，碳衛(wèi)星一天便能獲取覆蓋約300平方千米區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。按理論計(jì)算，如果擁有140天、2000條軌道的觀測(cè)數(shù)據(jù)，就能獲得一張無縫隙、覆蓋全球的二氧化碳監(jiān)測(cè)圖。

科學(xué)家們用“會(huì)跳舞”來形容這顆碳衛(wèi)星在監(jiān)測(cè)二氧化碳的過程中所呈現(xiàn)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行軌跡。要想“翩翩起舞”，碳衛(wèi)星首先需要一種輕盈的身姿。碳衛(wèi)星屬于微小衛(wèi)星，身材嬌小，質(zhì)量“瘦身”到僅有約600千克。

與以往只用單一對(duì)地姿態(tài)探測(cè)地球的氣象衛(wèi)星不同，碳衛(wèi)星采取了幾種交互觀測(cè)模式：耀斑觀測(cè)模式利用太陽光在海面的鏡面反射獲取海面上空的二氧化碳數(shù)據(jù);天底觀測(cè)模式利用地面的漫反射特性開展對(duì)地面二氧化碳的觀測(cè);在目標(biāo)模式狀態(tài)下，碳衛(wèi)星可與地面二氧化碳觀測(cè)站高精度測(cè)量設(shè)備實(shí)現(xiàn)相互比對(duì)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，碳衛(wèi)星可謂神通廣大、明察秋毫，不會(huì)放過二氧化碳的任何蛛絲馬跡。

怎樣“捕捉”二氧化碳的蹤跡

大氣中存在多種氣體以及懸浮的液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)，“狡猾”的二氧化碳便隱藏其中，濃度只有萬分之四左右。那么，碳衛(wèi)星又是如何從成分眾多的大氣中，識(shí)別并“看”清含量微小的二氧化碳?xì)怏w的呢？

碳衛(wèi)星上搭載有兩個(gè)“秘密武器”——“高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測(cè)儀”和“多譜段云與氣溶膠探測(cè)儀”。正是這兩個(gè)超高精度遙感探測(cè)儀，給碳衛(wèi)星配備了一雙“火眼金睛”。

二氧化碳探測(cè)儀主要通過二氧化碳分子吸收太陽輻射的情況來探測(cè)二氧化碳的濃度。太陽輻射經(jīng)過大氣時(shí)，二氧化碳分子對(duì)太陽輻射中許多不同波長(zhǎng)的光有不同程度的吸收。通過光學(xué)儀器對(duì)光譜吸收結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)測(cè)量和分析，便可以反向推算出二氧化碳分子的數(shù)量，從而得知大氣中二氧化碳的濃度。

二氧化碳探測(cè)儀上的精細(xì)結(jié)構(gòu)很多，如大面積的光學(xué)精細(xì)結(jié)構(gòu)——衍射光柵，它能將射到光柵上的光束按波長(zhǎng)的不同進(jìn)行色散﹐再聚焦而形成光譜。光柵如同微型結(jié)構(gòu)的細(xì)密梳子，在相當(dāng)于頭發(fā)絲粗細(xì)的寬度上便設(shè)有數(shù)百條狹縫，能使通過的光線產(chǎn)生精細(xì)的光譜結(jié)構(gòu)，而二氧化碳探測(cè)儀則主要是通過看光譜結(jié)構(gòu)的“顏色”來識(shí)別并反推出二氧化碳?xì)怏w的含量的。

碳衛(wèi)星上搭載的多譜段云與氣溶膠探測(cè)儀的作用也不容小覷。當(dāng)太陽光輻射進(jìn)入大氣后，會(huì)受到分子散射、云和氣溶膠散射的影響，部分太陽光還會(huì)被其他氣體（如水蒸氣和甲烷）吸收，這些都會(huì)對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。多譜段云與氣溶膠探測(cè)儀可探測(cè)霧霾，測(cè)量云、大氣顆粒物等，為二氧化碳測(cè)定這條“數(shù)據(jù)生產(chǎn)加工線”剔除諸多的干擾因素。而且，對(duì)顆粒物和霧霾等污染物的監(jiān)測(cè)也能有效提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。