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碳卫星:太空中观测二氧化碳含量的“眼睛”

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这是我国首颗、全球第三颗专门用于“看”全球大气中二氧化碳含量的卫星。自去年12月22日发射至今,它已经在太空呆了8个多月。

“碳卫星的各项功能、性能指标符合研制总要求,在轨测试取得成功,建议尽快完成卫星在轨交付,发挥应用效益。”日前,在中国气象局组织的碳卫星在轨测试总结评审会上,评审委员会鉴定说。

“与以往的气象卫星不同,碳卫星是在可见光和近红外谱段,利用分子吸收谱线探测二氧化碳浓度,其主要由模块化卫星平台、高光谱二氧化碳探测仪与多谱段云与气溶胶探测仪组成。”张鹏说。

大气中,二氧化碳浓度只有万分之四左右,而按照项目设计,对二氧化碳浓度监测的精度优于4ppm(百万分比浓度)。意味着,碳载荷必须能发现大气中二氧化碳1%的浓度变化。

“这就需要探测仪具有极高的光谱分辨率和探测灵敏度。”张鹏说,在几十纳米的带宽上,人眼看只有一个颜色,二氧化碳探测仪采用大面积衍射光栅对吸收光谱进行细分,能够探测2.06微米、1.6微米、0.76微米三个大气吸收光谱通道,最高分辨率达到0.04纳米。

多谱段云与气溶胶探测仪虽然不是“主角”,但它的作用也不可小觑。“气溶胶会使阳光发生散射,从而影响到碳卫星接收到的辐射信息。而气溶胶探测仪可以排除大气气溶胶的干扰,当近地面有大量气溶胶时,可对其含量进行测定。”张鹏说。

鉴定结果也表明,高光谱二氧化碳探测仪和云与气溶胶探测仪各项功能满足任务书要求,其中前者光谱定标精度优于指标要求。“也就是说,这样测量出的二氧化碳含量会更精确。”张鹏说。

“碳卫星通过5种观测模式组合,完成对全球二氧化碳的探测,其装载的高光谱二氧化碳探测仪有2000多个通道,光谱解析度极高。”碳卫星首席应用科学家、国家卫星气象中心总工程师卢乃锰说。

在轨测试结果表明:卫星轨道、姿态正常;各项遥控遥测功能、数传运行正常;星地数据接口匹配良好,星上记录存储和回放正常,各种工作状态切换响应及时准确,卫星平台各项指标均符合任务书要求。

当前,气候变化问题全球瞩目。为更精确地监测全球二氧化碳空间分布情况,2009年,日本发射了温室气体观测卫星“呼吸”号(GOSAT),再就是2014年美国发射的OCO-2卫星。

按项目设计,我国的碳卫星大气二氧化碳反演精度可达1-4ppm,比GOSAT卫星监测精度高,与OCO-2卫星相当。“美国OCO2卫星只有一个观测二氧化碳的仪器,无法同时获取云和大气中气溶胶的信息,而这些信息是卫星探测二氧化碳非常重要的辅助观测信息。”张鹏说。

卢乃锰也表示,日本GOSAT的有效观测点只有300多个,我们在设计时加大了卫星的扫描宽度,增加了采样点,使得有效观测点比他们多了一个数量级。

“完成在轨测试只是第一步,接下来我们要把接收到的磁信号处理成可见的光谱信号,用光谱信号再反演出空气中二氧化碳的浓度,反演是整个处理过程的核心,从而形成全球二氧化碳观测数据产品,可以使所有的科研人员共享。”张鹏强调。

注:文中图片除注明外均来自网络

审核:管晶晶