下一代碳监控卫星告别“纸上谈兵”

计算机模型的大气模拟追踪了二氧化碳在大气中的扩散。资料来源:美国航天局

目前，只有两颗卫星监测地球从太空排放的温室气体。然而，如果世界上主要的太空机构能够尽他们的努力，许多这样的探测器将从2030年开始发射。这个雄心勃勃的计划将有助于气候学家改进他们的预测，并有助于验证各国是否遵守了减少温室气体排放的承诺。

然而，研究人员需要消除一系列困难的政治和技术障碍，前提是他们想要在这个数十亿美元的系统上取得进展。争夺卫星发射机会的竞争非常激烈:例如，欧空局搁置了一项先进的二氧化碳监测探测计划，转而支持一个测量植物生长的项目。科学家们仍然需要证明，对二氧化碳和甲烷等气体的卫星测量能够与地球上观测到的数据的准确性相匹配。

“我们有一个小型卫星‘舰队’正在发射，但它们都是科学实验。”美国宇航局OCO-2科学小组的负责人大卫·克里斯普说，“我们现在试图做的是找出如何从太空监测温室气体。”

科学家从两颗开创性的卫星获得数据:2014年发射并测量二氧化碳的OCO-2卫星，以及2009年发射并跟踪二氧化碳和甲烷的日本温室气体观测卫星(GOSAT)。美国航天局和JAXA正在努力纠正不兼容的仪器，并形成一个地面监测站网络。

克里斯普说两个探测器的误差范围都在5%左右，而他的团队希望将OCO-2的测量误差降低到0.25%。

与此同时，各国竞相发射一系列新卫星，为更大规模的监测计划奠定基础。今年，中国将发射两颗二氧化碳监测卫星，而日本计划在2018年发射GOSAT 2号。美国宇航局期待最早在2018年发射OCO-3。与它的“前身”不同，OCO-3将不是一颗*飞行的卫星，而是一个由OCO-2备件制造并安装在国际空间站上的分光计。

克里斯普说，美国航天局的科学家知道如何开发一种比OCO-2光谱仪强20倍的仪器，但该机构没有资金建造和发射它。“我甚至不能为钱而竞争。”他说，“因为它不存在。”目前，美国宇航局正在开发一颗名为“上升”的卫星。上升号将使用激光来测量二氧化碳，与OCO-2不同，它可以在高纬度地区跟踪夜间和冬季的气体。

自2002年以来，这些卫星将继续保持使用SCIAMACHY测量二氧化碳的连续记录。SCIAMACHY是欧空局环境卫星探测器上的分光计。到2030年，全球航天局希望将这个特殊的系统转变成一个由大约六个探测器组成的协调“舰队”。

最近，60多个机构联合制定了一份声明。该声明设定了一个雄心勃勃的目标，即开发和应用新的监测技术，并分享由此获得的数据。去年，法国在12月巴黎联合国气候峰会前启动了这项努力。在那次会议上，各国通过了一项控制温室气体排放的协议，并承诺提出证明他们正在实现气候目标的方法。新生的卫星项目将帮助各国满足这一要求。

"虽然这个计划仍然很笼统，但它只是一个开始。"法国国家空间研究中心(CNES)主任让-伊夫·勒加尔说，在9月墨西哥会议之前，该小组正在讨论如何分发和使用来自该系统的数据。

对许多研究人员来说，CNES的努力是一个受欢迎的惊喜。“我认为这非常重要。”德国不来梅大学的遥感专家海因里希·博芬斯曼说，“现在我们必须看看我们能从中获得什么样的结果。”

当前一代的卫星测量给定空气柱中的二氧化碳含量。然而，科学家和*真正想知道的是二氧化碳来自哪里。为了确定工业活动排放的气体，研究人员还必须确定陆地和海洋生态系统吸收和释放了多少二氧化碳。

这就要求大气中二氧化碳的测量与自然环境如何吸收和释放气体的信息相结合，并将这些数据整合到详细的气流模型中，以追踪二氧化碳的来源。本质上，这项任务需要开发类似于现有天气预报系统的东西，但运行方向相反。

普林斯顿大学气候研究员斯蒂芬·帕卡拉(Stephen Pacala)表示，要达到验证各国是否达到减排目标所需的精度是一项艰巨的任务。他认为这些卫星需要比目前的温室气体统计数据更准确。现有方法使用各种关于化石燃料消耗以及经济和土地使用趋势的数据。然而，克里斯普和他的同事们相信，他们将获得对科学家和政策制定者都有用的温室气体数据。(宗华)

《中国科学新闻》(国际，第三版，2016年6月30日)

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