碳汇监测“开天眼”，森林碳汇进入太空时代 “碳汇王者”有多牛？

　　碳汇监测“开天眼”，森林碳汇进入太空时代 “碳汇王者”有多牛?据航天科技集团五院专家介绍，在“句芒号”卫星发射前，我国传统的碳汇测量主要依靠人工对森林植被进行抽样监测，碳星的应用将改变这一现状，标志着我国碳汇监测进入天基遥感时代。

　　“森林碳汇监测需要有高精度的植被数据作为支撑，为了达到这一要求，研制团队创新性地将天基测绘‘激光雷达+光学相机’为代表的主被动联合观测手段应用到森林监测中。” 航天科技集团五院专家表示，通过卫星获取高精度数据，对激光雷达和多光谱相机要求很高。卫星研制团队基于现有技术基础，设计出了天基森林碳汇监测的“绝佳方案”：以激光雷达波束翻倍、重频提升逾30倍，配置5个多光谱相机进行5角度综合观测。这种主被动联合观测模式，不仅充分发挥了激光雷达和多光谱相机的优势，同时还能利用激光校准多光谱相机精度，充分满足了森林碳汇监测的精度需求。

　　植被高度、植被面积、叶绿素荧光和大气PM2.5含量是计算森林碳汇能力的核心数据。为此，“句芒号”卫星配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪、多角度偏振成像仪等多种载荷支持获取以上数据，其先进的技术还能确保数据“准、全、细、精”。

　　值得一提的是，叶绿素是植被光合作用的关键影响因素，为提升叶绿素光谱探测精细程度，科研人员为“句芒号”卫星设计配置了超光谱探测仪，创新性使用了光栅分光原理，将光谱分辨率较传统提升了10倍，实现国际首次0.3nm精细探测，能够探测到人眼所看不到的太阳光明暗细微变化。

　　航天科技集团五院专家介绍，“句芒号”卫星工作模式极其复杂，按照载荷工作模式组合计算多达47种。除了碳汇测量外，“句芒号”卫星还能够完成其它多个领域的任务。例如，它可应用于环保、测绘、气象、农业、减灾等领域，支撑作物评估、植物病虫害监测、灾害应急成像等工作。

　　另外，研制团队考虑要让卫星支持更多应用的同时，还要考虑卫星易用、好操控。为此，研制团队从硬件上保证各种载荷数据独立传递，从软件上让卫星“智能化”，根据设定的边界条件参数实现自主辨别海洋、陆地、光照条件，并以此自动规划“最佳探测任务”流程，实现完全的自主任务规划。在这种设计下，除了特殊或突发的任务外，“句芒号”卫星无需用户“操心”，就能如同智能扫地机器人一样，一键开机，扫哪里、怎么扫、一气呵成。

　　2022年8月4日，我国首颗陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”在太原卫星发射中心成功发射。该卫星将持续开展碳储量监测、生态资源详查、国家重大生态工程监测评价等遥感监测工作，为我国实现“碳达峰、碳中和”目标提供重要支撑。

　　“句芒号”运行至今已一月有余，它究竟如何在双碳工作中发挥作用?相比传统的碳监测又有哪些优势呢?今天让我们共同走近“句芒号”，看看跨领域的前沿科技如何为双碳工作提供助力。

　　“句芒号”是什么?

　　“句芒号”卫星是一颗陆地生态系统碳监测卫星，也是世界首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星，其名称系国家航天局面向社会公开征集而来。句芒(gōu máng)是中国古代民间神话中的木神、春神，司掌树木的发芽生长，象征对自然环境的敬畏与责任。以“句芒”为名，让这颗全新服役的卫星增添了一抹浪漫色彩。

　　“句芒号”运行于高度为506公里、倾角97.4度的太阳同步轨道，专注森林碳汇监测，配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪、多角度偏振成像仪4种载荷，通过激光、多角度、多光谱、超光谱、偏振等综合遥感手段，实现植被生物量、大气气溶胶、植被叶绿素荧光等要素的探测和测量。卫星在轨运行后，可以提高碳汇计量的效率和精度，转变传统的人工碳汇计量手段。通过与此前发射的大气环境监测卫星协同合作，“句芒号”卫星还能够开展全球碳源和碳汇的科学监测评估，极大提升我国在双碳领域的监测能力和话语权。

　　为什么要建设“句芒号”?

　　事实上，“句芒号”并非我国第一颗应用于碳监测领域的卫星。早在2016年12月22日，我国就已发射国内首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星 TanSat(简称“碳卫星”)，并于次年1月获取首批观测数据，成为国际上继日本 GOSAT 和美国 OCO-2后，第三颗具有高精度温室气体探测能力的卫星。

　　从“碳卫星”到“句芒号”，为何我国要专门建设用于碳监测领域的卫星呢?我们都知道，实现“碳达峰、碳中和”的前提是完成对碳的观测评估，也就是我们通常所说的“碳计量”，而“碳计量”可以分为“自下而上”和“自上而下”两种方式。

　　“自下而上”即联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出的碳排放计算方法“清单法”，比如通过统计工厂中每一道工序、每一种能耗产生的二氧化碳排放量来核算工厂碳排放，或者观测树木的生长来计算其碳吸收，然而“清单法”适用于小范围的碳计量，在大尺度的预测上可能会有很大偏差，而且受限于统计资料和碳排放因子更新频率，难以捕捉排放源的动态变化。“自上而下”则是利用卫星遥感技术进行观测，基于大气观测的温室气体浓度和气象场资料，通过数据同化方法估算区域源汇及变化状况，具有方法统一、覆盖全面、时空连续等优势，尤其在碳源和碳汇的全球盘点中作用重大。

　　因此，“句芒号”等卫星可以与“清单法”形成辅助、补充和校验，大幅度提升碳监测的效率和准确度。目前，我国的“碳卫星”已经停止运行，“句芒号”作为其“接班人”，在我国的“碳达峰、碳中和”进程中无疑将扮演重要角色。

　　“句芒号”能为我们带来什么?

　　2015年10月，国家发展改革委、财政部、国防科工局联合印发了《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》，“句芒号”正是依据该《规划》建设的遥感卫星。

　　据悉，“句芒号”作为在一代“碳卫星”基础上更进一步的探索，后续将广泛应用于陆地生态系统碳监测、陆地生态和资源调查监测、国家重大生态工程监测评价、大气环境监测和气候变化中气溶胶作用研究等工作，还将服务高程控制点获取、灾害监测评估、农情遥感监测等需求，显著提高我国陆地遥感定量化水平。

　　近年来，卫星遥感技术在碳监测领域已经得到越来越广泛的认可与应用。国际卫星对地观测委员会(CEOS)明确提出，在2025年形成星座业务化运行，以支撑2028年第二次全球碳盘点;世界气象组织(WMO)正在积极推进全球温室气体综合信息系系统(IG3IS)计划，旨在结合全球大气观测结果和反演模式，更加有效地评估全球和区域碳源汇及变化;联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)也将二氧化碳浓度观测作为碳排放清单估算的重要验证手段。

　　我国在碳监测领域的卫星应用方面具有良好的技术和理论基础，可以充分发挥空间探测优势，从而大幅度降低国家排放清单报告的不确定性，为我国的节能降碳策略提供及时可量化的科学依据。