今年9月的杭州峰會(huì)，我國(guó)倡議二十國(guó)集團(tuán)（G20）發(fā)表首份氣候變化
問(wèn)題主席聲明，率先簽署《巴黎協(xié)定》，代表中國(guó)政府向全球作出莊嚴(yán)承諾?！栋屠鑵f(xié)定》為什么寧可犧牲經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也要設(shè)定溫室氣體
減排的目標(biāo)？這都是溫室氣體惹的禍，地球自人類工業(yè)革命之后在持續(xù)“發(fā)燒”。而我國(guó)剛剛發(fā)射的碳衛(wèi)星，能夠準(zhǔn)確測(cè)量地球的“體溫”，為人們治療地球的病癥提供最可靠的依據(jù)。
溫室氣體：地球溫度不斷升高的罪魁禍?zhǔn)?/b>
地球大氣的溫度正在不斷升高，其罪魁禍?zhǔn)妆豢茖W(xué)家鎖定為以大氣中二氧化碳為代表的氣體，它們讓太陽(yáng)加熱地球的短波輻射輕易進(jìn)入，卻將地球向外散熱的長(zhǎng)波輻射反射回地球，因此熱量易進(jìn)難出，就像栽培植物的溫室一樣。這種效應(yīng)被形象地稱為溫室效應(yīng)，二氧化碳等氣體就被稱為溫室氣體。
二氧化碳?xì)怏w原本是自然界中的固有成分，地球形成時(shí)大氣中就有二氧化碳了，為什么我們現(xiàn)在卻對(duì)它“嫉惡如仇”？原因在于，工業(yè)革命以來(lái)，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)大氣中的二氧化碳一直在增加，且增加的值超過(guò)了40萬(wàn)年來(lái)的正?！安▌?dòng)”范圍。
二氧化碳：雖透明卻難以看透
科學(xué)家們研究得出結(jié)論：在過(guò)去的50年中，因?yàn)槿祟惿鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，每年化石燃料燃燒產(chǎn)生的300億噸CO2中大約有一半會(huì)留在大氣層中，另外一半通常認(rèn)為被海洋和植物吸收了，但是科學(xué)家并不能確定這些CO2最后去了哪里、以什么樣的形式消失、其中的具體機(jī)理又是怎樣的？其實(shí)這些科學(xué)問(wèn)題至今還懸而未決。
對(duì)二氧化碳了解有限，其中最主要的原因就是我們對(duì)大氣中二氧化碳?xì)怏w的變化規(guī)律掌握的還不夠詳盡。從上個(gè)世紀(jì)60年代開始，各國(guó)就陸續(xù)在地面建設(shè)觀測(cè)站，開展大氣二氧化碳觀測(cè)。其中最著名的就是美國(guó)夏威夷的觀測(cè)站，從建立觀測(cè)站至今，已經(jīng)積累了半個(gè)多世紀(jì)的數(shù)據(jù)記錄。美國(guó)夏威夷觀測(cè)站從50年代就開始實(shí)際監(jiān)測(cè)，20世紀(jì)后30年，每年CO2增幅1%-2%， 每年CO2增加量約為2ppm。
但是二氧化碳是一種長(zhǎng)壽的化學(xué)物質(zhì)，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間停留在大氣中，然后隨著大氣運(yùn)動(dòng)在全球傳輸擴(kuò)散?？墒侵两?，全球只有200多個(gè)溫室氣體觀測(cè)站，這些有限的觀測(cè)數(shù)據(jù)極大地限制了人類對(duì)二氧化碳的認(rèn)知，進(jìn)而限制了人類對(duì)
碳排放和全球氣候變化影響的科學(xué)認(rèn)知。
于是，2000年后，科學(xué)家們開始把目光投向了尖端的衛(wèi)星探測(cè)技術(shù)，希望借助衛(wèi)星“天眼”，可以全天候觀測(cè)全球任何角落大氣二氧化碳的濃度信息。
目前，全球已有兩顆專門的二氧化碳探測(cè)衛(wèi)星在天上運(yùn)行。日本衛(wèi)星GOSAT觀測(cè)不夠精細(xì)，最小只能探測(cè)到10公里范圍內(nèi)的大氣二氧化碳平均值。美國(guó)衛(wèi)星OCO-2空間分辨率提高到2公里左右，但是它只是一顆小衛(wèi)星，上面只有一個(gè)觀測(cè)二氧化碳的儀器，無(wú)法同時(shí)獲取云和大氣中氣溶膠的信息，而這些信息是衛(wèi)星探測(cè)二氧化碳非常重要的輔助觀測(cè)信息。
我國(guó)發(fā)射的碳衛(wèi)星：空間分辨率超過(guò)美日
我國(guó)剛剛發(fā)射的碳衛(wèi)星上不僅搭載了一個(gè)和美國(guó)OCO-2類似的先進(jìn)二氧化碳探測(cè)儀器，而且同時(shí)還搭載了一臺(tái)先進(jìn)的云和氣溶膠的探測(cè)儀器。碳衛(wèi)星的空間分辨率將超過(guò)美日衛(wèi)星，達(dá)到1-2公里，也就是說(shuō)兩個(gè)相鄰較大的小區(qū)排放二氧化碳的差別都可能被分辨出來(lái)。
太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)大氣層到達(dá)地面后又反射回太空，發(fā)生了各種微妙的變化。碳衛(wèi)星通過(guò)觀測(cè)，將這些變化如實(shí)記錄下來(lái)。但由于變化實(shí)在太微小了，科學(xué)家得經(jīng)過(guò)如下幾步才可能將這種變化分離出來(lái)：
第一步：經(jīng)過(guò)對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，包括定位（將衛(wèi)星傳下來(lái)的信號(hào)準(zhǔn)確地對(duì)應(yīng)上地理經(jīng)緯度）、輻射定標(biāo)（利用復(fù)雜的大氣輻射傳輸模型計(jì)算這些信號(hào)對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)輻射量值）、光譜定標(biāo)(對(duì)記錄到的太陽(yáng)光譜信號(hào)進(jìn)行光譜位置復(fù)原）等。
第二步：研究這些數(shù)據(jù)中哪些信號(hào)可以指示大氣中的二氧化碳含量。在找到信號(hào)后，還需要想辦法剔除大氣中其他因素對(duì)這些信號(hào)的干擾，盡可能得到大氣二氧化碳的“純粹”信號(hào)。
第三步：利用數(shù)學(xué)、物理、光學(xué)以及化學(xué)等知識(shí)，建立計(jì)算大氣輻射傳輸過(guò)程的計(jì)算機(jī)模型。其間，需要在模型中輸入衛(wèi)星觀測(cè)得到的溫度、濕度、大氣層厚度、云以及氣溶膠等各類參數(shù)，利用計(jì)算機(jī)開展高速計(jì)算，不斷迭代直到模型里的無(wú)數(shù)個(gè)方程全部收斂，才可以得到大氣中準(zhǔn)確的二氧化碳濃度信息。
得到這些二氧化碳濃度信息后，為了便于科學(xué)家和政府決策者以及公眾可以便捷地了解大氣中二氧化碳的濃度分布，我們還要讓這些看不見摸不著的二氧化碳“可視化”，對(duì)應(yīng)不同濃度的信息，賦予各種顏色的變化，然后按照地理信息坐標(biāo)投影到地圖上。這樣一來(lái)，大家終于可以清晰地看見大氣中的二氧化碳在全球任何地方的分布信息。請(qǐng)大家拭目以待吧。
當(dāng)然，衛(wèi)星探測(cè)得到這些二氧化碳濃度信息后，還需要更多的科學(xué)家建立碳排放吸收模型，利用衛(wèi)星資料同化技術(shù)，把這些衛(wèi)星觀測(cè)資料“吃”到模型里，然后再計(jì)算出大氣二氧化碳究竟在什么地方、什么時(shí)間，排放出多少量、吸收了多少量、留在空氣中多少量，以及留在空氣中的二氧化碳隨著大氣運(yùn)動(dòng)又都傳輸?shù)侥膬喝チ恕?/div>
有了這些信息后，我們才可以清晰地掌握碳排放的機(jī)理和變化，可以有的放矢地制定減排
政策措施，可以獲得更多的科學(xué)結(jié)論來(lái)應(yīng)對(duì)全球氣候變化。當(dāng)然，如果碳衛(wèi)星表現(xiàn)夠出色，在誰(shuí)應(yīng)該為地球“發(fā)燒”來(lái)買單問(wèn)題上，沒準(zhǔn)兒還能派上大用場(chǎng)?。ㄗ髡邽橹袊?guó)氣象局遙感應(yīng)用服務(wù)中心副主任）
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