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浅谈我国首颗碳卫星及相关传感器监测技术

导读: 继美、日之后,地球上空的碳卫星家族又添新成员。12月22日凌晨,我国成功发射了一颗全球二氧化碳监测科学实验卫星。这是我国首颗、全球第三颗专门用于监测大气中二氧化碳含量的“嗅碳”卫星。

继美、日之后,地球上空的碳卫星家族又添新成员。12月22日凌晨,我国成功发射了一颗全球二氧化碳监测科学实验卫星。这是我国首颗、全球第三颗专门用于监测大气中二氧化碳含量的“嗅碳”卫星。

22日凌晨三点多,我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星发射成功。资料图

作为专用于测量地球二氧化碳浓度的人造地球卫星,这种碳卫星测量精度可达百万分之一。不过,由于技术难度极高,目前全球仅有三颗碳卫星在太空中工作,分别是观测大气中二氧化碳和甲烷等浓度的日本“呼吸”号、专门测量大气中二氧化碳浓度的美国“轨道碳观测者2号”以及我国新发射的首颗“嗅碳”卫星。

那么,为什么要发射碳卫星呢?因为,目前科学界对二氧化碳排放及相关问题,还有许多不甚清楚的地方,如自然界天然排放的二氧化碳所占比例,这一比例如何变化,以及海洋系统如何吸附二氧化碳等。同时,掌握二氧化碳在各地区的循环和分布情况是研究气候变化不可或缺的。

碳卫星可精细测量大气二氧化碳光谱吸收线,从而反演出大气二氧化碳浓度。资料图

另外,近年来,各国虽纷纷做出二氧化碳减排承诺,但到底每个国家每年都有多少碳排放,还是一笔糊涂账。因为,通过数量有限的地面监测站难以获得全球的数据,亟需一种全球范围区域尺度的二氧化碳的测量手段。全球二氧化碳监测科学实验卫星发射后,不仅会明确各国碳收支的明细,还将有助于提高对全球碳循环机制的认识,从而改进气候变化预测结果的可信度和稳定性。

那么,这颗卫星究竟长什么样呢?据介绍,它由模块化卫星平台、高精度二氧化碳探测仪与云和气溶胶探测仪载荷组成。由于大气在太阳光照射下,二氧化碳分子会呈现光谱吸收特性,所以,碳卫星通过精细测量其光谱吸收线,可以反演出大气二氧化碳浓度。其中,云和气溶胶探测仪则将排除云和空气中气溶胶的影响。

日本呼吸号卫星飞行示意图,资料图

延伸阅读:日本碳卫星的高精度传感器观测技术

2009年1月,世界首颗温室气体观测卫星日本“呼吸”号发射升空。它长2米、宽1.8米、高3.7米,重约1.75吨。据悉,该卫星采用了高精度的传感器,观测地球上二氧化碳等温室气体浓度。

“呼吸”号配备有两部光学传感器,其中一部用于观测太阳发射并经地表反射的红外线,以及地表和大气自身发出的红外线。由于红外线穿过二氧化碳和甲烷等温室气体时,其特定的波长会被吸收,“呼吸”号可据此推算出大气中这两种气体的浓度。另一部传感器则用于观测导致测定出现误差的云层和气溶胶,以提高温室气体观测精确度。

“呼吸”号能一边以约100分钟一周的速度绕地球运行,一边运用搭载的高精度温室气体监测传感器对全球约5.6万个观测点实施观测,每3天就能收集到全部观测点的最新数据。

美国轨道碳观测2号卫星飞行示意图,资料图

2014年美国发射的“轨道碳观测者2号”碳卫星,则采用了3台高分辨率光谱仪作为秘密武器。科学家可通过这些仪器估算大气中二氧化碳等物质的相对浓度,以实现对地球大气二氧化碳水平更精确、全面的测算,并更准确地预测气候变化。

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