中国科学院大气物理研究所中国碳卫星研究团队和芬兰气象研究所团队首次利用中国碳卫星(TanSat)观测，对城市碳排放进行了定量识别和计算，证实了中国碳卫星具有监测城市碳排放的能力。在温室气体遥感监测合作协议的支持下，本研究联合利用Sentinel-5P卫星对二氧化氮(NO₂)的观测。该研究结果于10月25日在线发表在SCI杂志《大气科学进展》上。

一、污碳协同的城市排放观测

应对或减缓全球变暖是21世纪人类面临的挑战。由于化石燃料燃烧和土地利用变化等人类活动，二氧化碳(CO₂)的浓度增加了40%以上。与使用化石燃料有关的排放特别局限于当地地区。城市地区是全球二氧化碳排放的主要来源，占全球排放量的70%以上。尽管新冠肺炎疫情对全球经济造成了巨大影响，但到2021年，化石燃料的二氧化碳排放量仍将增加5%。与此同时，我们在计算人为排放方面仍存在很大的不确定性。

利用碳监测卫星进行全球人为排放的监测更具优越性。碳监测卫星直接观测大气CO₂浓度，仅凭单一CO₂要素的观测，定量区分CO₂浓度变化源来自于人为排放还是自然过程是一个难点问题。化石燃料燃烧为CO₂人为排放之主要来源，而石油等化石燃料的燃烧伴随排放二氧化氮（NO₂），即人为排放CO₂和NO₂具有较强的同源性，因此，理论上通过NO₂和CO₂的同步监测，就可以有效地计算对人为碳排放。本研究联合应用了中国碳卫星CO₂观测数据和欧洲哨兵卫星的二氧化氮（NO₂）观测数据，选取了我国唐山（2018年5月6日）和日本东京（2018年3月29日）两个个例，定量计算了人为碳排放和NO₂的相关性。计算结果和排放清单给出的结果一致，论证了通过联合应用中国碳卫星和欧洲哨兵卫星的协同观测，可以对CO₂/ NO₂排放比例进行定量监测。同时，这也标志着我国已经具备空间监测人为活动碳排放的能力。

二.、中国碳卫星简介

目前，对温室气体减排效果的评价大多依赖于清单法。政府间气候变化专门委员会(IPCC)制定了2006年《IPCC国家温室气体清单指南》(以下简称《指南》)，要求按照《指南》的方法和要求编制国家温室气体清单。即便如此，国家名单的全球一致性、区域偏向性、透明度等问题仍然是不可避免的。大气CO₂浓度观测的追踪排放方法具有偏差大、透明度高等优点，2019年修订版《指南》正式纳入该方法。在大气中观测到的碳排放(碳汇)反演方法体系中，观测数据尤为重要。卫星由于其观测方式的特殊性，在大气反演中占有不可替代的地位。

2009年，日本成功发射了世界上第一颗专门的温室气体探测卫星GOSAT;2014年，美国OCO-₂号发射。2016年12月22日，中国碳卫星在酒泉卫星发射基地成功发射并进入轨道，成为世界上第三颗温室气体卫星。中国的碳卫星，全称“全球二氧化碳监测科学实验卫星”(TanSat)，旨在实现全球大气二氧化碳柱平均干空气混合比(XCO₂，以下简称“浓度”)的高精度监测，为碳排放科学研究提供卫星数据。

中国的碳卫星是近极太阳同步卫星。它配备了主负载“高光谱分辨率大气二氧化碳探测器(ACDS)”和辅助负载“云和气溶胶偏振成像仪(CAPI)”。其中，主负荷高光谱分辨率大气二氧化碳探测器利用地球反射的近红外/短波红外太阳辐射探测大气中二氧化碳含量。

中国碳卫星发射后，首版XCO₂科学数据产品经过在轨测试和校准，于2017年10月在全球发布;第二版XCO₂科学数据产品精度提升至国际先进水平1.47ppm;中国碳卫星在第二版科学产品的基础上，获得了全球CO₂通量数据产品。

2020年初，科技部国家遥感中心与欧洲航天局签署了温室气体遥感监测合作协议，推动中国碳卫星加入欧洲航天局第三方卫星数据应用项目，这也表明中国碳卫星及其观测数据正在逐步走向世界。在协议支持下，该研究联合使用了中国碳卫星和欧洲哨兵卫星，进一步提高了中国碳卫星的监测能力。

三、下一代碳监测卫星展望

中国的碳卫星即将庆祝发射六周年。中国下一代碳卫星的演示和设计工作已经开始，卫星的研发工作即将启动。新一代卫星将在第一代卫星技术优势的基础上，以应用需求和科学需求为出发点，进一步提高探测能力。目标测量将以城市为中心，以高量化、高时频、高分辨率检测XCO₂从城市中心到郊区的梯度，提高排放估算精度。下一代碳卫星将是一个天基系统。希望它可以一天多次覆盖一个城市或一个点源，并将具有协作NO₂观测能力，以便更好地独立测量人为碳排放。

来源：中国科学院大气物理研究所