碳卫星

2021年9月14日，“吉林一号”卫星拍摄的内蒙古自治区景色卫星遥感正成为国际认可的新一代全球碳盘点方法——碳从哪里排放？减了多少碳？还有多少排放需要中和？相比传统方法，卫星遥感具有客观、连续、稳定、大范围和可重复观测等优点。迄今，日本、美国和中国已相继发射了具备大气二氧化碳浓度观测能力的卫星。2016年12月22日，我国首颗碳卫星、全球二氧化碳监测科学实验卫星在酒泉卫星发射基地发射升空并在轨运行，成为国际上第三颗温室气体监测卫星。随后，2018年5月9日，我国再次成功发射高分五号卫星，搭载的温室气体监测仪GMI的主要功能是定量监测二氧化碳和甲烷的全球浓度分布变化。今年4月，我国使用长征四号丙运载火箭成功发射大气环境监测卫星，以激光监测二氧化碳浓度变化；8月又成功发射“句芒号”卫星… … 仰望星空，这一颗颗卫星，成为助力碳中和的科技力量。“句芒号”上天2022年8月4日11时8分，我国在太原卫星发射中心使用长征四号乙遥四十运载火箭，成功将陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”送入预定轨道。句芒，是我国古代民间神话中的木神、春神、东方之神，主管树木的发芽生长，象征对自然环境的敬畏与责任。卫星发射前，国家航天局新闻宣传中心与国家林业和草原局宣传中心、中国空间技术研究院等单位联合组织发起了陆地生态系统碳监测卫星征名活动。“句芒”“青绿”“寻木”“烛龙”“神农”… … 每一个网友投稿的名称和其背后的释义都饱含大家对绿色生态环境的渴望和对中华传统文化的喜爱。最终，“句芒”从近5000个投稿中脱颖而出。“句芒号”是世界首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星，能够实现对森林植被生物量、气溶胶分布、叶绿素荧光等的高精度定量遥感测量，进而计算出森林碳汇，即“森林植被吸收并存储的二氧化碳量”。过去，林业局要摸底森林碳汇，只能用传统的监测手段：森林调查员深入山林，依次测量每棵树的高度和树木胸径，再算出碳汇。这种测量数据更新不会很及时，通常一个季度更新一次。国家航天局公布的信息显示，“句芒号”卫星在轨运行后，可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。“句芒号”卫星运行于高度为506公里、倾角97.4度的太阳同步轨道，通过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，将广泛应用于陆地生态系统碳监测、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。2020年9月，我国在第75届联合国大会上正式提出，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。“句芒号”成功上天后，国家航天局表示，该卫星将为我国实现碳达峰、碳中和提供遥感力量，提高我国应对全球气候变化的话语权和主导权。准、全、细、精作为“句芒号”卫星的研制团队，航天科技集团五院表示，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。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。为精准监测森林碳汇，“句芒号”卫星配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪和多角度偏振成像仪等4种载荷，以支持获取上述数据，并确保数据“准、全、细、精”。为确保植被测高结果“准”，“句芒号”利用多波束激光雷达进行植被测高。这是一个抽样测量的过程，通过计算激光到树冠以及地面的时间差得出树木的高度，而卫星一次测量发射出激光的光束数量、频次决定着测量精度。为最大程度提升植被测高的数据精度，研制团队通过数据反演、仿真分析、应用测试，最终使植被测高精度大幅提升。为确保获取植被面积“全”，准确还原森林茂密程度，研制团队为卫星设计安装了5个多光谱相机，实现对地5角度立体观测。同时，为了避免植被阴、阳面光线影响，研制团队创新性提出月球定标方法，确保5角度成像光谱响应一致。实现这些能力后，5角度多光谱相机就能帮助“句芒号”绘制一幅“立体”植被分布图。叶绿素荧光制图是“句芒号”卫星实现高精度监测的重要环节。由于叶绿素荧光的能量非常小，仅有约0.5%到2%以荧光的形式发射出来，为提升叶绿素光谱探测精“细”程度，研制团队为“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探测仪提升了10倍，实现了国际首次0.3纳米精细探测，能够探测到人眼所看不到的太阳光明暗细微变化。为实现大气校正数据“精”，研制团队为“句芒号”卫星配置了偏振成像仪，支持35个角度监测大气PM2.5含量，获取大气横向PM2.5含量信息。此外，研制团队还增配了大气激光雷达，用于获取大气纵向PM2.5含量信息。一横一纵，就将数据结果由二维变成了三维立体信息，更加精准。数据应用是重头2020年，《巴黎气候变化协定》通过五周年之际，联合国秘书长安东尼奥古特雷斯撰文呼吁：“每个国家、城市、金融机构和公司都应采取净零排放计划，从现在做起，走上实现这一目标的正确道路，即到2030年全球温室气体排放量比2010年的水平减少45%。”中国工程院院士、清华大学碳中和研究院院长贺克斌近日表示，截至2021年底，全球已有136个国家提出了碳中和承诺，这一范围覆盖了全球88%的二氧化碳排放、90%的GDP和85%的人口。不过，确定温室气体减排的情况，以及确定各国承诺的减排指标是否达到并不容易。有几个问题亟待弄清：大气中温室气体的总量是多少？属于人为排放的有多少？各个国家的排放量是多少？将每一项减碳措施的效果、剩余碳排放、如何实现碳中和等明确化，将每一项减排贡献真实透明地测算出来，就是碳盘点的具体任务。“在轨运行只是第一步，如何利用卫星遥感进行准确有效的监测、获取高质量数据、对数据进行科学解析以及数据产品的应用等环节才是重头戏。”中国科学院大气物理研究所碳中和研究中心副研究员杨东旭撰文称。2021年，中国科学院大气物理研究所基于我国第一颗碳卫星——全球二氧化碳监测科学实验卫星的观测数据，发布全球碳通量数据集，标志着我国已具备全球碳收支的空间定量监测能力，可以助力盘点各地碳收支核算。事实上，早在2017年，我国宣布新一代静止轨道气象卫星“风云四号”和首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星的数据产品对全球用户免费开放，自那时起，我国成为继日本、美国之后，第三个可以提供碳卫星数据的国家。2021年7月16日，全国碳排放权交易在上海环境能源交易所股份有限公司正式开市。此前，我国已陆续启动七个碳交易试点，分别为深圳、上海、北京、广东、天津、湖北和重庆。“双碳”（碳达峰与碳中和的简称）成为全球热点后，碳交易随之升温。中投协咨询委绿创办公室副主任郭海飞称，2021年，全球主要碳市场交易额达到7600亿欧元，相比2020年增长164%。其中，欧盟排放交易体系以6830亿欧元占据全球交易额的约90%。就国内而言，“随着未来石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、航空、建筑等行业纳入到全球统一的碳交易市场，我国碳交易市场规模可能会超过数万亿元人民币。”郭海飞说。但市场不会一蹴而就。碳数据方案提供商行星数据CEO白纯钰公开表示，为了碳交易而购买碳数据的客户，很在意是否可以按照需求监测和分析交易的碳资产，比如最近三个月全国森林碳汇的整体变化情况——这需要卫星配套的数据反演软件快速处理各种需求。“国家队卫星的数据用户往往是国家级的科研单位，其需求主要瞄准更宏观的全球变化研究或国家层面需求，这和市场上的商业化应用很多时候并不完全匹配，这也导致没有发射能力的卫星数据应用公司即使拿到这类数据之后，可以施展的空间尚非常有限。”白纯钰称，伴随市场的成熟，对碳数据的需求必将更大，而卫星也将在实现“双碳”目标的进程中发挥更大作用。

为什么要做碳盘点？将每一项减碳措施的效果明确化，把每一项减排措施的贡献算出来 以全球变暖为主要特征的气候变化已成为全球性环境问题，对全球可持续发展带来严峻挑战。目前，国际社会已逐步达成“温室气体减排是抑制全球增温最有效途径”这一共识。 目前，世界范围内已建设了节点遍布全球的温室气体地基观测网络，包括如世界气象组织组建的全球大气地面观测网（GAW）、美国、欧洲和加拿大等国家分别建立的温室气体观测网络以及我国由国家大气本底站、国家气候观象台和国家及省级应用气象观测站等组成的中国温室气体观测网等。通过这些观测网络，人们可以得到自然排放的温室气体状况。 但这对于“双碳”目标还远远不够。确定温室气体减排的情况，以及确定各国承诺的减排指标是否达到并不容易。有几个问题亟待弄清：大气中温室气体的总量是多少？属于人为排放的有多少？各个国家的排放量是多少？将每一项减碳措施的效果、剩余碳排放、如何实现碳中和等明确化，将每一项减排贡献真实透明地测算出来，就是碳盘点的具体任务。 在全球碳计划2020年报告中，人类活动、大气、陆地与海洋生态系统的碳收支结果，包括五方面内容，即大气中CO2浓度及增量、化石燃料和工业排放、土地利用变化碳排放、陆地生态系统碳汇和海洋生态系统碳汇等。 其中，人类活动碳排放是全球碳盘点的核心任务。为了探明人类工业活动产生的碳排放，还必须确定并区分陆地和海洋生态系统吸收和释放了多少CO2，需要监测火山爆发、森林砍伐、火灾等自然释放和土地利用变化排放的CO2等。碳中和目标以及全球碳盘点的现实压力，就是利用各种先进技术和方法，来监测大气CO2浓度的时空变化及其来源，高分辨、高精度估算全球碳通量。 为了准确评估世界各国的温室气体减排情况，提高我国碳排放量评估的主动权，维护我国在全球碳盘点中的核心利益，建立自主可控的全球温室气体监测体系势在必行。 这其中，卫星遥感技术能派上大用场。卫星碳盘点有多“火”？国际卫星对地观测委员会明确提出，将在2025年形成星座业务化运行，支撑2028年全球碳盘点 基于传统地面站点的观测数据，难以准确了解温室气体的源汇变化特征和机制。而卫星遥感具有客观、连续、稳定、大范围、重复观测的优点，也正在成为新一代、国际认可的全球碳盘点方法。国际卫星对地观测委员会明确提出，将在2025年形成星座业务化运行，支撑2028年全球碳盘点。 迄今，国际上欧洲、日本、美国、加拿大和中国相继发射了具备大气CO2浓度观测能力的卫星。日本于2009年成功发射GOSAT卫星，这是第一颗专门用于大气温室气体CO2和CH4探测的卫星，至今运行良好，后续的GOSAT系列卫星则致力于实现更高精度、更强空间覆盖能力。美国在温室气体遥感探测方面走在国际前列——2021年12月，美国白宫发布了《美国空间优先框架》，明确美国将优先支持应对气候变化行动的卫星遥感计划，通过政府、私营和慈善机构之间的合作，利用地球观测数据支持美国和国际社会应对气候危机。 中国近年来在温室气体卫星遥感探测方面也是突飞猛进。2016年12月，首颗碳卫星发射，这是中国自主研制的全球大气二氧化碳观测实验卫星，其数据在全球大气CO2浓度、叶绿素荧光监测等方面取得系列重要成果。2018年5月，高分五号卫星成功发射，搭载的温室气体监测仪GMI的主要功能是定量监测CO2和CH4的全球浓度分布变化。 同时，我国还在不断酝酿新的卫星计划。未来计划发射的风云三号08星上搭载的高光谱温室气体监测仪，通过对近红外、短波红外谱段连续高精度、高光谱分辨率、高空间分辨率和高采样率观测，实现全球大气温室气体的高精度定量反演。2022年4月发射的大气环境监测卫星是国际首颗搭载CO2探测激光雷达的卫星。卫星还要掌握哪些“本领”？不仅能“看”，还要能“算” 当前卫星遥感可以探测大气CO2浓度，但是对于决策部门而言，更想了解大气CO2的来源并提取出其中来自人类活动排放的部分。这对卫星遥感系统而言是一项挑战。 利用卫星开展生态系统碳汇估算的方法主要分为三类：基于温室气体浓度探测的同化反演的“自上而下”方法、基于生态过程模型模拟的“自下而上”方法以及基于数据驱动的机器学习模型方法。然而，各种方法的碳源汇估算均存在不确定性。 总体来说，全球碳源汇的巨大不确定性既源于碳循环模式的理论和认知缺陷，又包括缺乏精细时空分辨率的观测数据。由国际地圈-生物圈计划、全球环境变化人文因素计划和世界气候研究计划共同发起了全球碳计划,其关键是准确量化全球碳循环格局和变率。我国于2010年启动的全球变化研究国家重大科学研究计划、2016年启动的国家重点研发计划“全球变化及应对”专项中，摸清生态系统碳循环均为核心任务之一。2017年立项的国家重点研发计划项目“全球生态系统碳循环关键参数立体观测与反演”，其核心任务是研制覆盖全球、参数完备、时空分辨率精细、连续一致的碳循环关键参数产品，共包含24种全球碳循环关键参数的长时间序列空间观测产品。这些丰富的碳循环关键参数产品，为陆地生态系统碳源汇的动态精细评价提供了重要基础数据。 除了提高观测数据质量与数量，还需考虑如何充分利用大量多源的观测资料，协同地面和遥感技术手段，降低模型不确定性，可以进一步提高模型估计陆地生态系统固碳速率准确性。 我们认为，全球碳同化系统是解决这一问题的有效途径。联合同化卫星和地面大气CO2浓度、站点通量数据、遥感地表参数等数据，同时优化生态系统和人为源碳通量是全球碳同化系统的发展趋势。2016年，南京大学发展了全球碳同化系统，能更好地揭示不同地区陆地碳汇的时空分布和年际变化，该系统已经具备了业务运行能力。 由于人为源碳排放和陆地生态系统碳通量混合，如何利用碳同化系统优化计算人为源碳排放，是科学家们力图解决的重要问题，也是实现碳中和目标的重要技术需求。发展区域高分辨率碳同化系统同化大气浓度观测数据，是进行人为源碳排放优化估算的有效手段。下一代碳卫星有多“高大上”？中国的碳卫星监测解决方案正在部署中 全球碳盘点不仅需要卫星遥感提供高时空分辨率大气CO2等观测数据，更需要通过观测系统与同化反演系统集成，提供高时空分辨率的大气CO2的溯源解析数据，如人为碳排放、生态系统碳源汇等。 尽管卫星探测能力得到了有效提高，但是任何单独一颗卫星都无法满足CO2和CH4全球探测的需求。根据科学目标将多颗卫星组成一个虚拟的卫星星座，开展多颗卫星组网观测是满足快速增长的全球业务化观测需求的有效途径。 同时，第二代碳卫星的核心目标是服务于全球碳盘点的清单校核，不仅要求卫星载荷系统提供宽幅、高分辨率、高精度的观测能力，还需要通过同化反演系统，监测碳通量，并区分和量化人为碳排放。 为了满足全球温室气体清单校核需求，对中国下一代碳卫星在温室气体清单校核需求目标、科学产品技术指标以及卫星组网观测能力需求方面提出了明确的要求，包括监测CO2、CH4、CO、NO2、SIF、气溶胶和N2O七种要素，并能达到较高精度；针对不同尺度设计了传感器相应的空间分辨率，在全球和热点区域分别对应2公里×2公里，0.5公里×0.5公里的空间分辨率，并且具有1天的时间分辨率，幅宽达1000公里，以满足观测需求。这对载荷研制提出了非常苛刻的要求，如何在工程技术上平衡光谱分辨率、信噪比、空间分辨率与幅宽的制约关系存在巨大挑战。在碳卫星观测要素的遥感反演算法研究基础上，结合当前载荷工程研制能力，初步确定了下一代碳卫星载荷技术指标，包括设计了NO2、O2A，弱CO2、强CO2、CH4五个吸收带，波长范围在0.4纳米至2.385纳米之间，光谱分辨率最高能达到0.12纳米。 尽管下一代碳卫星比第一颗碳卫星有巨大的飞跃和进步，但卫星成像监测也受到轨道、天气等诸多因素的影响，无法实现连续动态观测且分辨率不高，仅凭卫星遥感难以取得满意效果。因此，必须结合地基监测、航空遥感等多源数据，才能实现点源、城市、国别尺度的温室气体排放的精确估算。目前，生态环境部、中国气象局、中国科学院等机构正在组织和实施大范围地基温室气体观测任务，已初步建成、并正在逐步完善国家温室气体观测网络，温室气体卫星星座与地基网络的协同，为中国碳达峰、碳中和行动成效的科学评估与碳排放核算提供了重大机遇。 科学家提出，为了实现面向碳盘点的卫星监测目标，需要优先部署如下7个方面任务：开展下一代碳卫星研发与运行，服务于全球和重点区域碳监测需求；针对中国下一代碳卫星及载荷指标特点，结合国内外多源卫星数据，开展高精度碳监测卫星遥感科学关键技术研究和共享产品研发；面向全球碳盘点的需求，开展高时空分辨率、高精度、高时效性的碳排放清单的卫星校验方法研究；面向重要点源目标碳排放卫星监测的需求，推进重要点源碳排放卫星监测技术；面向全球碳盘点和国家碳中和需求，发展高时空分辨率、高精度、长时间序列的全球生态系统碳通量监测技术；面向全球碳盘点和国家碳中和需求，发展高时空分辨率、高精度、长时间序列的全球土地利用碳排放监测技术；围绕全球碳盘点和国家碳中和战略对空间信息技术的需求，推进碳卫星科学计划项目集成与国际合作。 面向全球碳盘点和中国双碳目标需求，需要利用卫星遥感、大数据、碳同化等先进技术和方法，实现高时空分辨率、高精度、高时频的大气温室气体浓度监测，并提供高精度、高分辨率的人为源碳排放和生态系统碳源汇科学数据，阐明大气温室气体的来源、并有效区分与量化人为源和自然源的通量贡献，建立全球、国家和热点区域的温室气体排放的监测和验证支撑技术体系。

8月15日，记者从中国科学院大气物理研究所获悉，基于我国第一颗全球二氧化碳监测科学实验卫星中国碳卫星的大气二氧化碳含量观测数据，来自该所等单位的研究人员利用先进的碳通量计算系统，获取了中国碳卫星首个全球碳通量数据集。这是一个里程碑式的结果，标志着我国具备了全球碳收支的空间定量监测能力，是国际上继日本、美国之后的第三个具备该技术的国家。相关研究成果在线发表于《大气科学进展》杂志。 二氧化碳是地球大气的重要组成部分，因其会产生较强的温室效应，被认为是造成气候变化的关键原因。为减缓二氧化碳过度排放造成的气候变化，1992年以来，《联合国气候变化框架公约》逐步对各国碳排放状态加强约束。《巴黎协定》提出，2023年起，每五年进行一次全球盘点的计划，以评估各国的实际行动在减缓气候变化中的贡献。　　“随着大气探测和模型模拟技术的飞速发展，通过大气二氧化碳浓度观测溯源碳排放的方法，被认为是评估温室气体减排成果的有效方法。”中科院大气所副研究员杨东旭说。　　大气二氧化碳浓度测量法依赖于观测和模拟。在观测方面，卫星遥感由于特殊的观测地点和方式，可以在二氧化碳全球观测中发挥较大作用，特别是在全球覆盖高分辨率的观测上，能够做到看得广、看得清；而模拟则主要是通过大气输送模型，利用高性能计算机，模拟出大气二氧化碳传输过程和每一个时刻、每一个地方大气二氧化碳的含量。　　为了观测大气中的二氧化碳浓度，日本于2009年成功发射了国际上第一颗温室气体专用探测卫星GOSAT，美国OCO-2紧随其后，于2014年发射升空。2016年12月22日，中国碳卫星在酒泉卫星发射基地成功发射升空并在轨运行，成为国际第三颗温室气体卫星，其目标是实现对全球大气二氧化碳浓度的高精度监测，为碳排放科学研究提供卫星资料。　　“有了自己的碳卫星以后，对于某一个时刻、某一个地方的二氧化碳含量，我们会得到一个观测值和一个模拟值。这两个数据必然会存在差异。为了减小误差，我们会使用‘数据同化’法，得到最接近真实的数值。”杨东旭说。　　这项研究中，研究人员将碳同化系统与全球化学输送模式相结合，成功同化卫星观测数值与模拟数值，得到了最接近真实情况的数值。研究结果表明，与先验通量相比，不确定度减少了30%—50%。　　更重要的是，利用中国碳卫星观测资料，科研人员估算了2017年5月至2018年4月共12个月的全球陆地碳净通量。估算结果与利用日本GOSAT卫星和美国OCO-2卫星资料的估算结果大体一致。这表明我国首颗碳卫星具有了全球碳通量监测的能力。　　对此，杨东旭表示，中国碳卫星是我国第一代温室气体监测专用卫星，实现了空间温室气体高精度监测的从无到有，迈开了重要且艰难的第一步。未来，我国将以碳卫星的研究成果为基础，研发新一代的温室气体监测卫星，服务于全球和我国双碳目标的实现。

p 　　2月28日，记者从中国科学院遥感与数字地球研究所获悉，该所研究员刘良云科研团队利用中国首颗二氧化碳观测科学实验卫星数据，开展了全球植被叶绿素荧光卫星反演研究，于近日成功获得首幅全球叶绿素荧光反演图。 /p p 　　叶绿素荧光遥感是碳卫星的一个重要应用。该卫星的主要载荷——高光谱二氧化碳探测仪设有3个通道，其中一个通道不仅能对全球大气中二氧化碳浓度进行动态监测，还能高精度反演植被叶绿素荧光。 /p p 　　科研人员介绍，卫星尺度的叶绿素荧光能够精确估算全球植被光合生产力，结合同步反演的大气二氧化碳浓度数据，二者协同将能够极大提升全球碳源汇观测能力。国际上部分科学家甚至认为，相比于温室气体探测本身，温室气体探测卫星对荧光的探测是最具创新性和革命性的观测任务。 /p p 　　该团队成功获得的首幅全球叶绿素荧光反演结果能够清晰显示2017年7月份北美玉米带、欧洲平原、东亚农业种植区与东南亚以及12月份亚马逊雨林等区域的植被旺盛生产力，且南北半球夏季与冬季植被生产力与碳汇能力的动态变化也非常准确。 /p p 　　科研人员将中国碳卫星的叶绿素荧光产品与同期的美国航天局轨道碳观测2号卫星产品相对比后认为，中国碳卫星的探测水平达到了国际最高水平，可以用来监测全球植被生长状况和植被生产力。 /p p 　　我国于2016年12月22日发射首颗二氧化碳观测科学实验卫星，使得我国成为全球第3个可提供碳卫星数据的国家。该卫星是“十二五”期间，由科技部立项、中科院负责工程总体、多家单位共同承担的科学实验卫星计划，旨在应对全球气候变化、监测全球二氧化碳浓度分布情况。刘良云科研团队长期从事植被叶绿素荧光遥感研究，是我国叶绿素荧光遥感研究的开拓者。 /p p br/ /p

中国碳卫星联合欧洲哨兵卫星对中国唐山地区开展相关监测（2018年5月6日）示意图。中科院大气所供图中国科学院大气物理研究所(中科院大气所)中国碳卫星(TanSat)研究团队联合芬兰气象研究所团队，最近首次利用中国碳卫星观测定量识别和计算城市碳排放，这也是中国碳卫星首次成功用于城市二氧化碳排放的定量监测，从而实证中国碳卫星具有城市级别碳排放监测的能力。在中欧温室气体遥感监测合作协议支持下，中芬研究团队这次合作研究还通过使用欧洲哨兵卫星(Sentinel-5P)同步开展二氧化氮观测及对比研究，相关研究成果论文10月25日在专业学术期刊《大气科学进展》上在线发表。 中欧卫星协同观测计算和排放清单结果一致中科院大气所中国碳卫星研究团队指出，应对或减缓全球变暖，是人类在21世纪面临的挑战，由于化石燃料燃烧和土地利用变化等人为活动，二氧化碳浓度增加了40%以上。与化石燃料使用有关的排放尤其局限于当地，城市地区是全球二氧化碳排放量的主要贡献者，占全球排放量70%以上。尽管新冠肺炎疫情对全球经济体造成较大影响，但化石燃料二氧化碳排放量2021年仍然增加了5%。与此同时，科学家在计算人为排放方面仍然存在较大的不确定性。该团队认为，利用碳监测卫星进行全球人为排放的监测更具优越性，碳监测卫星直接观测大气二氧化碳浓度，但仅凭单一二氧化碳要素的观测，定量区分二氧化碳浓度变化源来自于人为排放还是自然过程是一个难点问题。化石燃料燃烧为二氧化碳人为排放之主要来源，而石油等化石燃料的燃烧伴随排放二氧化氮，即人为排放二氧化碳和二氧化氮具有较强的同源性，因此，理论上通过二氧化氮和二氧化碳的同步监测，就可以有效计算人为碳排放。本次联合研究应用中国碳卫星二氧化碳观测数据和欧洲哨兵卫星的二氧化氮观测数据，选取中国唐山(2018年5月6日)和日本东京(2018年3月29日)两个案例，定量计算出人为碳排放和二氧化氮的相关性。该计算结果和排放清单给出的结果一致，论证了通过联合应用中国碳卫星和欧洲哨兵卫星的协同观测，可以对二氧化碳/二氧化氮排放比例进行定量监测，证实了中国碳卫星可以定量识别城市人为碳排放。同时，这也标志着中国已经具备空间监测人为活动碳排放的能力。中国碳卫星及其观测数据逐步走向世界中科院大气所介绍说，中国碳卫星全称为“全球二氧化碳监测科学实验卫星”，目标是实现全球大气二氧化碳柱平均干空气混合比(简称“全球大气二氧化碳浓度”)的高精度监测，为碳排放科学研究提供卫星观测数据。2016年12月，中国碳卫星成功发射并在轨运行，成为世界第三颗温室气体卫星。中国碳卫星是一颗近极地太阳同步卫星，星上搭载有主载荷“高光谱分辨率大气二氧化碳探测仪”(ACDS)和辅助载荷“云和气溶胶偏振成像仪”(CAPI)。其中，主载荷利用对地球反射的近红外/短波红外太阳辐射，对大气中二氧化碳的含量进行探测。中国碳卫星第一版全球大气二氧化碳浓度科学数据产品于2017年10月对全球发布；第二版全球大气二氧化碳浓度科学数据产品将精度提升至1.47ppm(体积百万分比)的国际先进水平精度；基于第二版科学产品，中国碳卫星获得全球二氧化碳通量的数据产品。2020年初，中国科技部国家遥感中心与欧洲空间局签署温室气体遥感监测合作协议，推动中国碳卫星加入欧洲空间局第三方卫星数据应用计划，也表明中国碳卫星及其观测数据开始逐步走向世界。本次研究在该协议的支持下，中芬团队联合使用中国碳卫星和欧洲哨兵卫星，也进一步提升了中国碳卫星的监测能力。中国下一代碳卫星已论证设计即将研制在中国碳卫星即将迎来发射运行6周年纪念日之际，中科院大气所中国碳卫星研究团队透露，中国下一代碳卫星的论证设计工作已经开始，卫星研制工作也即将启动。中国新一代碳卫星将在秉承第一代卫星所具有的技术优势基础上，进一步提升探测能力，以应用需求与科学需求为出发点。其目标测量将以城市为重点，以高定量、高时频、高分辨探测全球大气二氧化碳浓度从城市中心到郊区的梯度，以提高碳排放量估算的准确性。该团队表示，中国下一代碳卫星将是一个天基系统，希望每天可多次覆盖一个城市或者碳排放点源，同时将具备协同开展二氧化氮观测能力，以更好地用于对人为碳排放量进行独立测算。

中国科学院大气物理研究所(中科院大气所)中国碳卫星(TanSat)研究团队联合芬兰气象研究所团队，最近首次利用中国碳卫星观测定量识别和计算城市碳排放，这也是中国碳卫星首次成功用于城市二氧化碳排放的定量监测，从而实证中国碳卫星具有城市级别碳排放监测的能力。在中欧温室气体遥感监测合作协议支持下，中芬研究团队这次合作研究还通过使用欧洲哨兵卫星(Sentinel-5P)同步开展二氧化氮观测及对比研究，相关研究成果论文10月25日在专业学术期刊《大气科学进展》上在线发表。中欧卫星协同观测计算和排放清单结果一致中科院大气所中国碳卫星研究团队指出，应对或减缓全球变暖，是人类在21世纪面临的挑战，由于化石燃料燃烧和土地利用变化等人为活动，二氧化碳浓度增加了40%以上。与化石燃料使用有关的排放尤其局限于当地，城市地区是全球二氧化碳排放量的主要贡献者，占全球排放量70%以上。尽管新冠肺炎疫情对全球经济体造成较大影响，但化石燃料二氧化碳排放量2021年仍然增加了5%。与此同时，科学家在计算人为排放方面仍然存在较大的不确定性。该团队认为，利用碳监测卫星进行全球人为排放的监测更具优越性，碳监测卫星直接观测大气二氧化碳浓度，但仅凭单一二氧化碳要素的观测，定量区分二氧化碳浓度变化源来自于人为排放还是自然过程是一个难点问题。化石燃料燃烧为二氧化碳人为排放之主要来源，而石油等化石燃料的燃烧伴随排放二氧化氮，即人为排放二氧化碳和二氧化氮具有较强的同源性，因此，理论上通过二氧化氮和二氧化碳的同步监测，就可以有效计算人为碳排放。本次联合研究应用中国碳卫星二氧化碳观测数据和欧洲哨兵卫星的二氧化氮观测数据，选取中国唐山(2018年5月6日)和日本东京(2018年3月29日)两个案例，定量计算出人为碳排放和二氧化氮的相关性。该计算结果和排放清单给出的结果一致，论证了通过联合应用中国碳卫星和欧洲哨兵卫星的协同观测，可以对二氧化碳/二氧化氮排放比例进行定量监测，证实了中国碳卫星可以定量识别城市人为碳排放。同时，这也标志着中国已经具备空间监测人为活动碳排放的能力。中国碳卫星及其观测数据逐步走向世界中科院大气所介绍说，中国碳卫星全称为“全球二氧化碳监测科学实验卫星”，目标是实现全球大气二氧化碳柱平均干空气混合比(简称“全球大气二氧化碳浓度”)的高精度监测，为碳排放科学研究提供卫星观测数据。2016年12月，中国碳卫星成功发射并在轨运行，成为世界第三颗温室气体卫星。中国碳卫星是一颗近极地太阳同步卫星，星上搭载有主载荷“高光谱分辨率大气二氧化碳探测仪”(ACDS)和辅助载荷“云和气溶胶偏振成像仪”(CAPI)。其中，主载荷利用对地球反射的近红外/短波红外太阳辐射，对大气中二氧化碳的含量进行探测。中国碳卫星第一版全球大气二氧化碳浓度科学数据产品于2017年10月对全球发布；第二版全球大气二氧化碳浓度科学数据产品将精度提升至1.47ppm(体积百万分比)的国际先进水平精度；基于第二版科学产品，中国碳卫星获得全球二氧化碳通量的数据产品。2020年初，中国科技部国家遥感中心与欧洲空间局签署温室气体遥感监测合作协议，推动中国碳卫星加入欧洲空间局第三方卫星数据应用计划，也表明中国碳卫星及其观测数据开始逐步走向世界。本次研究在该协议的支持下，中芬团队联合使用中国碳卫星和欧洲哨兵卫星，也进一步提升了中国碳卫星的监测能力。中国下一代碳卫星已论证设计即将研制在中国碳卫星即将迎来发射运行6周年纪念日之际，中科院大气所中国碳卫星研究团队透露，中国下一代碳卫星的论证设计工作已经开始，卫星研制工作也即将启动。中国新一代碳卫星将在秉承第一代卫星所具有的技术优势基础上，进一步提升探测能力，以应用需求与科学需求为出发点。其目标测量将以城市为重点，以高定量、高时频、高分辨探测全球大气二氧化碳浓度从城市中心到郊区的梯度，以提高碳排放量估算的准确性。该团队表示，中国下一代碳卫星将是一个天基系统，希望每天可多次覆盖一个城市或者碳排放点源，同时将具备协同开展二氧化氮观测能力，以更好地用于对人为碳排放量进行独立测算。

4月24日，北京未来宇航空间科技研究院有限公司创始人兼CEO牛旼在中国航天日Online-商业航天企业集中签约活动上发布全球首个基于高光谱碳监测的商业卫星星座“未来碳星计划”。该计划由未来宇航联合高校院所、国有企业及商业航天企业共同发起，为政府、企业和大众提供实时碳监测服务。“未来碳星计划”总投资20亿元，由33颗卫星组成，包括一颗全球星和部署在8个轨道面的每轨4颗卫星，卫星工作在500公里轨道。每颗卫星将搭载高光谱相机和星间激光通信荷载，可实现全球范围快速监测和重点目标小时级观测能力。首发星计划2023年完成研制并发射，2025年底前将完成星座发射。

谈及气候变化，二氧化碳通常是焦点，但未来几十年，削减甲烷排放可能对控制全球变暖产生更大的影响。据《自然》报道，在一颗即将从美国加利福尼亚州发射的卫星的帮助下，政府部门和企业终于有了一个工具，能帮助它们精确定位地球上的甲烷热点并堵住泄漏。MethaneSAT概念图。图片来源：BAE Systems这颗名为MethaneSAT的卫星耗资约8800万美元，旨在为观测全球油气田、农业设施和垃圾填埋场排放的甲烷提供全新视角。卫星运营方将与美国谷歌公司合作，利用一个大气模型处理来自卫星的数据。该模型可以追踪空气中的甲烷及其地面来源。谷歌还计划使用人工智能算法绘制全球油气田基础设施地图，并确定污染来源。美国环境保护基金会领导了MethaneSAT的开发。“这将是我们第一次获得温室气体的此类信息。”该组织首席科学家Steven Hamburg表示，MethaneSAT将通过“彻底的透明度”实现政府和企业的问责制。MethaneSAT起源于大约10年前帮助揭示美国油气田污染程度的航空器运动。环境保护基金会随后与学术界和工业界合作，进行一系列研究，记录了美国各地的甲烷排放量，最终表明石油和天然气部门的甲烷排放量比官方估计高60%。在这项工作的基础上，它们组织了一个团队设计这颗卫星。2018年，环境保护基金会及美国哈佛大学的主要科学合作伙伴通过“大胆计划”获得了启动资金，用于开发甲烷卫星。MethaneSAT与众不同之处在于高分辨率测量。如果成功，环境保护基金会将成为第一个开发出这种科学口径卫星的环保组织。“我们正在适应一个无人区。”哈佛大学大气科学家、MethaneSAT技术团队负责人Steve Wofsy说。MethaneSAT每天从大约30块面积为200平方公里的土地上向地球传输图像。这足以完成其监测全球油气田、农业设施的核心任务。对于运营方来说，最大的问题是卫星数据是否真的会推动相关部门采取行动，有所作为。环境保护基金会大气科学家Ilissa Ocko表示：“如果我们能够消除甲烷排放，那么在未来几十年里，基本上可以将全球变暖幅度减半。其中，石油和天然气行业可以在几乎没有额外成本的情况下，减少大部分甲烷排放。”

我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星在酒泉卫星发射中心成功发射。中科院声像中心 任晖摄　　我国二氧化碳监测水平跻身世界前列　　根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告，受人类活动的影响，主要温室气体二氧化碳和甲烷的浓度已上升到2500万年以来的最高值，且依然呈上升趋势，地表温度也在逐年升高。温室效应正直接威胁着全人类的生存和发展。精确监视全球二氧化碳的排放状况已成为有效开展气候变化研究和应对的迫切要求。阿拉斯加冰川过去30年消融的景象，图片来自网络　　本次发射的碳卫星作为我国首颗用于监测全球大气二氧化碳含量的科学实验卫星，围绕全球气候变化这一当今国际社会普遍关心的全球性重大问题，以大气二氧化碳遥感监测为切入点，利用高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备，通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取全球二氧化碳分布图，大气二氧化碳反演精度将优于4ppm，使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。　　碳卫星是国家科技部为应对全球气候变化、提升我国全球二氧化碳监测能力部署的一项重大任务。通过863计划地球观测与导航技术领域“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目立项实施。由中科院国家空间科学中心负责工程总体 中科院微小卫星创新研究院负责卫星系统，中科院长春光学精密机械与物理研究所研制有效载荷 中国气象局国家卫星气象中心负责地面数据接收处理与二氧化碳反演验证系统的研制、建设和运行。　　负责本次发射任务的为长征二号丁运载火箭。本次发射还搭载发射中国科学院微小卫星创新研究院自主安排研制的1颗高分辨率微纳卫星和2颗高光谱微纳卫星。　　小卫星肩负大使命工作人员在低温实验室进行仪器调试，图片来自网络　　22日凌晨3时22分，我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星发射升空。它成为巡游在地球上空700公里的第三位全球二氧化碳“体检师”。碳卫星将在宇宙中跳起“华尔兹舞步”，不断变换观测模式，完成对全球二氧化碳的监测，并借助模式同化和反演技术，最终形成全球碳排放情况的“体检报告”。　　“小卫星肩负大使命。”国家遥感中心总工程师李加洪说。监测全球二氧化碳分布情况，这是中国应对全球气候变化采取的积极行动，也体现了我国的“大国担当”。而且，“知己知彼”，才能在全球气候谈判中掌握主动权，发出“中国声音”。　　二氧化碳浓度监测，不是想测就能测　　二氧化碳浓度监测，不是你想测，想测就能测。目前为止，只有美国和日本发射了自己的碳卫星。美国OCO-2卫星，图片来自网络　　二氧化碳在大气中的浓度本就非常低。碳卫星总设计师尹增山介绍，从2011年到2016年年底，经过近六年研制，我国碳卫星探测精度达到了优于4ppm(百万分比浓度)。也就是说，当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时，碳载荷就会发现。　　如何发现?实际上，碳卫星对二氧化碳浓度采用的是“间接测量”法。大气在太阳光照射下，二氧化碳分子会呈现光谱吸收特性，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。　　但这根线非常窄。要获取高精度的大气吸收光谱，就要依靠碳卫星的主载荷——高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。二氧化碳探测仪核心的技术指标和难点就是要同时实现高光谱分辨率和高辐射分辨率，这就如同检查人的指纹，普通仪器只看得到纹理，而二氧化碳探测仪可以把指纹放大一百倍，精细测量每条指纹的宽度和深度。　　“要达到这么精细的分辨率，必须要有大面积光栅。”中科院长春光机所研究员郑玉权告诉记者，为突破这项关键技术，科研人员从最基础的制造全息光栅所需的高精度曝光系统研究出发，一点点攻克技术难关，最终在碳化硅基底上制造出高精度衍射光栅，并在航空校飞试验中进行了验证。　　碳卫星探测仪上的大面积衍射光栅，能够探测2.06µm、1.6µm、0.76µm三个大气吸收光谱通道，最高分辨率达到0.04nm，这样的分辨率，在国内光谱仪器的研制上也尚属首次。　　说起研制过程，郑玉权感慨颇多。六年的载荷研制，是预研攻关和工程实施的结合。他们从“无”到“有”，实现技术突破 又迎头赶上，比肩国际先进水平。“反正，遇到问题的彷徨、解决问题的艰辛和最终找到答案的欢乐，我们全尝遍了。”　　碳卫星上的“配角”　　将为研究雾霾提供重要数据支撑　　碳卫星上的“配角”——云与气溶胶探测仪也不可小觑。气溶胶，通俗点说，就是大气中的尘埃。探测仪可以帮忙排除探测时云和气溶胶的影响，提升二氧化碳探测数据的可靠性。碳卫星地面应用系统总设计师杨忠东表示，从设计能力上来讲，这款探测仪可以为研究雾霾提供重要数据支撑。碳卫星载荷系统，图片来自网络　　“碳卫星本身，就肩负着‘创新’使命。”李加洪说。作为一颗科学实验卫星，碳卫星身上，至少有四项大胆的技术创新——大面积光栅、多模式定标、敏捷姿态调控以及复杂的反演验证系统。“我们碳卫星的整体水平，比日本的还要高。虽是‘后发’，但我们已经实现了‘并跑’。”　　技术上的卓越，并非这颗碳卫星的唯一追求。在大约半年的在轨测试之后，碳卫星将正式开始两年半的工作——让二氧化碳浓度数据到碗里来。“我们将按照应用需求，对后期数据进行加工、处理、共享和服务。”李加洪透露，科技部联合中国科学院和中国气象局已经制定了碳卫星数据管理办法。碳卫星数据将加载到国家综合地球观测数据共享平台，向国内各类用户提供数据共享服务。在国际合作方面，这些数据也会向地球观测组织(GEO)共享，这也是中国对GEO的实质贡献。　　“一颗卫星远远不够。”不过，让杨忠东欣慰的是，六年来，他们不仅收获了这颗卫星，还了解和掌握了二氧化碳高精度遥感监测仪器的制备过程。“要满足中国社会经济的发展需求，我们还要更多碳卫星。”第一颗有了，后续的，也就不再遥远。

从中国科学院获悉，12月22日3时22分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将全球二氧化碳监测科学实验卫星(简称“碳卫星”)发射升空。　　据中科院空间中心副主任、碳卫星工程副总指挥龚建村介绍，该卫星的成功研制和后续在轨稳定运行，将使我国初步形成针对重点地区乃至全球的大气二氧化碳浓度监测能力，对充分了解全球碳循环过程及其对全球气候变化的影响具有重要意义，可以提升我国在国际气候变化方面的话语权。　　根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告，由于人类活动的影响，主要温室气体二氧化碳和甲烷的浓度已经上升到2500万年以来的最高值，并依然呈上升趋势，地表温度也在逐年升高。温室效应正直接威胁着全人类的生存和发展。精确监视全球二氧化碳的排放状况已成为有效开展气候变化研究和应对的迫切需求。　　本次发射的碳卫星作为我国首颗用于监测全球大气二氧化碳含量的科学实验卫星，围绕全球气候变化这一当今国际社会普遍关心的全球性重大问题，以大气二氧化碳遥感监测为切入点，利用高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备，通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取全球二氧化碳分布图，大气二氧化碳反演精度将优于4ppm(百万分比浓度)，使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。　　碳卫星是科技部为应对全球气候变化、提升我国全球二氧化碳监测能力部署的一项重大任务。通过 863计划地球观测与导航技术领域“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目立项实施。由中科院国家空间科学中心负责工程总体 中科院微小卫星创新研究院负责卫星系统，中科院长春光学精密机械与物理研究所研制有效载荷 中国气象局国家卫星气象中心负责地面数据接收处理与二氧化碳反演验证系统的研制、建设和运行。　　负责本次发射任务的长征二号丁运载火箭由中国航天科技集团公司上海航天技术研究院研制。此外，本次任务还搭载发射中科院微小卫星创新研究院自主安排研制的1颗高分辨率微纳卫星和2颗高光谱微纳卫星，有效载荷由中科院光电研究院研制。这是长征系列运载火箭的第243次飞行。　　“千里眼”如何“看”二氧化碳?——详解我国首颗碳卫星　　12月22日3时22分，我国在酒泉卫星发射中心成功发射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“看”全球大气中二氧化碳含量的卫星。　　太空中怎么能“看”到二氧化碳?“看”到了二氧化碳又有什么用?这颗卫星还带了哪些“高精尖”科技?记者采访相关专家，揭开碳卫星的神秘面纱。　　“千里眼”看颜色识气体　　从厚厚包裹着地球的大气层中，识别出哪些气体是二氧化碳，还要画出一张张“动态图”——碳卫星需要安上特制的“千里眼”。　　本次发射的碳卫星，搭载了一台高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪。这台探测仪的工作原理，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。　　用通俗的话说，就是通过看“颜色”来识别二氧化碳气体。中科院长春光学精密机械与物理研究所研究员郑玉权解释，太阳光经过空气时，空气中的二氧化碳分子对许多精细的颜色有了不同程度吸收。通过光学仪器对这些色彩进行非常精准的测量，可以反向推算出二氧化碳分子数量，从而得知大气中的二氧化碳浓度。　　碳卫星项目要求大气中二氧化碳的浓度监测精度优于4ppm(百万分比浓度)，即是说，当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时，“千里眼”就必须发现。　　长春光机所助理研究员蔺超说，长春光机所为此制造了大面积衍射光栅，相当于在头发丝的宽度上划出200余条形状和直线度要求很高的刻线，“这样的精密元件，如同细密梳子，才能过滤出更为精细的色彩”。　　地面观测点也能搜集大气中的二氧化碳数据，为什么还要发射卫星?碳卫星工程地面应用系统总设计师杨忠东说，全球二氧化碳地面观测站点总共仅有数百个，难以满足监测需求，只有用卫星俯瞰，才能绘制二氧化碳分布的全景图。　　“碳排放”要有中国数据　　掌握全球的二氧化碳分布状况有什么用?科技部国家遥感中心总工程师李加洪说，在碳排放数据上知己知彼，对提升我国在国际气候变化方面的话语权具有重要意义。　　全球变暖、极端天气̷̷严峻的气候变化形势面前，减少二氧化碳等温室气体的排放成为必然选择。碳排放的量化监测是各国最终实现温室气体减排的重要技术基础，在所有的碳排放量监测手段中，目前只有星载高光谱温室气体探测技术既能对二氧化碳等温室气体浓度进行高精度探测，又能获取全球各区域的气体浓度分布数据。　　正因如此，各发达国家纷纷研发专用卫星。由于技术难度极高，目前仅有两颗卫星从太空监视地球温室气体排放：一颗由日本2009年发射，一颗由美国2014年发射。　　李加洪介绍，我国发射的碳卫星通过地面数据接收、处理与验证系统，定期获取全球二氧化碳分布图，使我国在大气二氧化碳监测方面跻身国际前列。　　“持家先要有账本，这个‘账本’就是我们自己监测到的碳排放量。” 李加洪说。　　“高精尖”未来有望测雾霾　　碳卫星上除了搭载二氧化碳探测仪，还有另一件“利器”——多谱段云与气溶胶探测仪。这台探测仪可以测量云、大气颗粒物等辅助信息，为科学家精确反向推演二氧化碳浓度剔除干扰因素。　　多谱段云与气溶胶探测仪虽然不是“主角”，但可能会带来许多意想不到的收获。　　杨忠东说，多谱段云与气溶胶探测仪能监测大气中的颗粒物，可以帮助气象学家提高天气预报的准确性，并为研究PM2.5等大气污染成因提供重要数据支撑。　　研究人员表示，具体如何监测雾霾，要等碳卫星传送回第一份数据后再做分析判断。　　此外，碳卫星实现全球观测，是卫星平台频繁调整姿态、“翩翩起舞”的结果。在此过程中，科研人员突破了多项关键技术，实现了技术跨越发展。

深冬寒夜，中国科学院大气物理研究所2号楼816办公室灯火通明。　　杨东旭副研究员带领课题组一直在忙——利用我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（碳卫星）取得的观测数据，他们在分析计算全球碳汇和碳排放时空分布的新结果，讨论我国碳汇变化趋势。“这能够帮助我们了解这颗卫星的优势和不足，以便优化未来卫星的设计”。　　二氧化碳排放是地球变暖的元凶之一。谁排放了二氧化碳？排放了多少？这些二氧化碳又去哪里了？　　这是科学研究需要回答的问题，是政策制定的科学依据，也是全球气候变化国际谈判中的关键数据——　　“碳卫星”能够帮助我们给出答案！　　2016年12月22日，它在酒泉成功发射。它带在“身上”的，有我国科研人员自主研发的高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪、多谱段云与气溶胶探测仪等探测设备。这一下子，标志着我国在温室气体监测领域达到了先进水平。　　有了观测数据只是第一步，接下来是数据的反演——　　太阳辐射在大气中是如何传输的？大气散射、吸收有什么特征？中国科学院大气物理研究所的科研团队研制出了中国碳卫星二氧化碳浓度反演算法，高精度模拟，精确地刻画，这些问题，迎刃而解。　　正因为有了这样精度优、效率高的算法，全球大气二氧化碳含量的实时变化情况可以真实、客观地反映出来，碳源汇的定量计算与监测也有了依据。　　这颗“碳卫星”真是出手不凡：2017年9月，首幅全球二氧化碳分布图问世，平均精度达到2.11ppm；2020年，中科院大气物理所刘毅团队改进了数据质量和反演算法，将数据精度提升到1.5ppm，并获得陆地生态系统日光诱导叶绿素荧光数据产品；2021年，获取了中国“碳卫星”首个全球碳通量数据集。　　“这是一个里程碑式的结果，标志着我国具备了全球碳收支的空间定量监测能力，是国际上继日本、美国之后的第三个具备该技术的国家。”杨东旭自豪地说，这颗“碳卫星”，让我国科技工作者和相关部门能够掌握第一手数据，增加了我国在气候变化全球谈判中的底气。　　工作还在继续，正如刘毅所说：“我们希望能与其他国家合作形成碳卫星‘虚拟星座’，联合观测大气二氧化碳，为全球气候变化提供更加丰富的监测数据。同时，我国新一代‘碳卫星’的设计与研发已经提上日程。这将助力我国实现‘双碳’目标，也体现了一个大国的担当。作为科研人员，我们深感使命光荣。”

中国科学院空天信息创新研究院(中科院空天院)2月23日向媒体发布消息说，该院遥感卫星应用国家工程研究中心石玉胜研究团队在燃煤电厂二氧化碳排放的遥感反演估算研究方面取得进展，他们的研究扩充了重要点源碳排放实时监测的技术手段，有助于国家和地区制定有针对性的碳减排政策。该研究团队介绍说，二氧化碳作为最重要的温室气体之一，主要来自化石燃料燃烧，中国燃煤电厂二氧化碳排放量约占全国二氧化碳总排放量的50%，但现有的燃煤电厂温室气体排放清单由于统计数据更新滞后和排放因子不准确的问题已无法代表电厂真实排放量。随着遥感技术的发展，地面上的气体排放信息可以由空间的传感器通过电磁波辐射感知，利用大气模型对卫星识别排放信息进行反演，为估算电厂二氧化碳排放量提供了一种新的方法。这种方法基于实测卫星数据，较少受到人为因素影响且时间分辨率较高，可为不同地区的估算提供统一的标准。因此，开展卫星遥感监测与反演，准确估算中国燃煤电厂二氧化碳排放量，不仅是电力行业开展碳减排的前提条件，还可以提供独立客观的碳排放监测数据，助力中国碳盘点以及评估重点行业碳减排效力。中科院空天院团队在二氧化碳排放领域开展卫星遥感监测反演研究的相关成果论文，近日在环境科学与生态学专业期刊《清洁生产》在线发表。该研究估计的具体排放值还可用于优化排放清单，监测识别偷排漏排问题，为大气化学模型提供更准确的输入数据。论文第一作者、中科院空天院硕士研究生郭文月称，研究团队结合多源碳卫星遥感数据(“轨道碳观测者”2号、3号卫星)和优化后的高斯羽流模型，开展长时间序列燃煤电厂二氧化碳排放量自上而下的遥感反演工作，在针对不同装机容量电厂(超大型(≥5000兆瓦)、特大型(4000-5000兆瓦)、大型(≥3000兆瓦)开展二氧化碳排放卫星识别的基础上，结合高斯羽流模型反演中国区域燃煤电厂的最新二氧化碳排放量数值，并优化模型大气背景值确定子模块，有效提高模型拟合相关系数，从而提高反演结果的精度。研究结果显示，风速是影响碳卫星数据观测二氧化碳柱浓度大小的主要影响因素：当风速增加到10米/秒附近时，本研究中所有电厂的大气二氧化碳柱平均干空气混合比增强量均小于1百万分率，意味着卫星碳排放反演精度将受到限制。该研究估算的二氧化碳排放数值范围从超大型电厂的63千吨/天到大型电厂的37千吨/天，经过验证，与大多数燃煤电厂自下而上的排放清单数值一致性较高。不过，部分电厂由于年限过长、机组更新换代、燃煤类型等原因，其排放清单与研究结果显示出差异。为应对气候变化对人类可持续发展的威胁，联合国可持续发展目标设立“采取紧急行动应对气候变化及其影响”(SDG-13)专项，中国也积极响应气候行动，实施“双碳”(碳达峰、碳中和)国家战略。论文通讯作者、中科院空天院副研究员石玉胜表示，他们团队本次研究进展，将有望为助力推进中国“双碳”战略、实现联合国SDG-13目标等，提供新的思路方案和科技支撑服务。(完)

近日，中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程研究中心石玉胜研究团队在燃煤电厂二氧化碳(CO2)排放的遥感反演估算研究方面取得进展。2月22日，相关研究成果以《基于轨道碳观测者2号和3号卫星观测和高斯羽流模型反演燃煤电厂二氧化碳排放》(CO2 emissions retrieval from coal-fired power plants based on OCO-2/3 satellite observations and a Gaussian plume model)为题，在线发表在《清洁生产》(Journal of Cleaner Production)上。 　　为应对气候变化对人类可持续发展的威胁，联合国可持续发展目标13(SDG 13)设立为“采取紧急行动应对气候变化及其影响”，中国积极响应气候行动，实施“双碳”国家战略。二氧化碳作为最重要的温室气体之一，主要来自化石燃料燃烧。中国燃煤电厂二氧化碳排放量约占全国二氧化碳总排放量的50%。然而，现有的燃煤电厂温室气体排放清单由于统计数据更新滞后和排放因子不准确，已无法代表电厂真实排放量。 　　随着遥感技术的发展，地面上的气体排放信息可以由空间的传感器通过电磁波辐射感知，利用大气模型对卫星识别排放信息进行反演，为估算电厂二氧化碳排放量提供了新方法。该方法基于实测卫星数据，较少受到人为因素影响且时间分辨率较高，为不同地区的估算提供了统一标准。因此，开展卫星遥感监测与反演，准确估算中国燃煤电厂二氧化碳排放量，不仅是电力行业开展碳减排的前提条件，而且可以提供独立客观的碳排放监测数据，助力中国碳盘点以及评估重点行业碳减排效力。 　　该研究团队结合多源碳卫星遥感数据(轨道碳观测者2号和3号)和优化后的高斯羽流模型开展长时间序列燃煤电厂二氧化碳排放量自上而下的遥感反演工作，在针对不同装机容量电厂【超大型(≥5000 兆瓦)、特大型(4000-5000兆瓦)、大型(≥3000兆瓦)】开展二氧化碳排放卫星识别的基础上，结合高斯羽流模型反演中国区域燃煤电厂的最新二氧化碳排放量数值，并优化模型大气背景值确定子模块，有效提高模型拟合相关系数，从而提高反演结果的精度。 　　结果显示，风速是影响碳卫星数据观测二氧化碳柱浓度大小的主要影响因素。当风速增加到10米/秒附近时，本研究中所有电厂的大气二氧化碳柱平均干空气混合比(XCO2)增强量均小于1百万分率(ppm)，意味着卫星碳排放反演精度将受到限制。研究估算的二氧化碳排放数值范围从超大型电厂(中国托克托)的63千吨/天到大型电厂(中国上都)的37千吨/天，经过验证，与大多数燃煤电厂自下而上的排放清单数值一致性较高，但部分电厂排放清单由于年限过长、机组更新换代、燃煤类型等原因与本研究显示出差异。该研究扩充了重要点源碳排放实时监测的技术手段，有助于国家和地区制定有针对性的碳减排政策。此外，预估的具体排放值可用于优化排放清单，监测识别偷排漏排问题，为大气化学模型提供更准确的输入数据。 　　研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中科院等的支持。

4月16日2时16分，我国在太原卫星发射中心成功将大气环境监测卫星发射升空。大气环境监测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》中的一颗科研卫星，生态环境部为该卫星牵头用户，卫星和运载火箭系统均由中国航天科技集团有限公司第八研究院抓总研制。 　　该卫星将在国际上实现CO2的主动激光探测和大气细颗粒物的主被动结合探测，能够对气态污染物、云和气溶胶以及水生态、自然生态等环境要素进行大范围、全天时综合监测，同时可支撑开展气象、农业农村等行业的遥感监测应用工作。 　　大气环境监测卫星运行于705km的太阳同步轨道，星上搭载了大气探测激光雷达、高精度偏振扫描仪、多角度偏振成像仪、紫外高光谱大气成分探测仪及宽幅成像光谱仪等5台有效载荷，整星重量约2.8吨，设计寿命8年。其中，大气探测激光雷达在国际上采用双体制激光技术探测气溶胶和CO2，通过主动方式对大气CO2柱总量进行精细化探测，获取大范围、高精度的CO2浓度变化信息和气溶胶散射系数廓线、消光系数廓线、光学厚度、边界层高度等垂直分布信息，弥补以往被动观测的不足。高精度偏振扫描仪与多角度偏振成像仪联合观测可获取云和气溶胶多个角度的偏振信息，用于反演全球大气气溶胶和云的时空分布信息，观测幅宽大于1800km，此外，还可通过与大气探测激光雷达载荷的协同观测与应用，实现近地表细颗粒物的定量探测。紫外高光谱大气成分探测仪可获取O3、NO2和SO2等气态污染物浓度信息，幅宽大于2300km，具备每天一次的全球覆盖能力。宽幅成像光谱仪可获取光谱范围从可见光至长波红外(0.415-12μm)的陆表和大气多光谱信息，观测幅宽大于2300km，空间分辨率最高可达75m。 　　大气环境监测卫星的成功发射，将进一步提升我国的CO2和大气污染物遥感监测能力。在应对全球气候变化方面，实现全球范围CO2的主动激光高精度、全天时探测，探测精度达到优异水平，可为CO2分布和应对气候变化提供精准的遥感数据支撑；在大气环境遥感监测方面，具备对全球细颗粒物(PM2.5)、气态污染物、云和气溶胶的定量化遥感监测以及对工业排放、生物质燃烧等大气污染源的大范围、高动态遥感监测能力，可为我国大气污染防治和空气质量预报提供数据和技术支撑；在水环境遥感监测方面，可实现内陆大型水体水华、水质、水生植被以及近海海域赤潮、溢油、水质等的定量化遥感监测；在自然生态遥感监测方面，可实现生态系统关键参数的定量化遥感反演，为全国和区域生态环境状况调查与评估等业务提供重要数据支撑。 　　大气环境监测卫星的成功发射，将为落实“精准治污、科学治污、依法治污”、支撑深入打好污染防治攻坚战、实现减污降碳协同增效提供重要数据支撑。“十四五”期间，生态环境部还将牵头组织研制发射高精度温室气体综合探测卫星，与大气环境监测卫星组网观测，进一步提升全球主要温室气体和大气污染物遥感监测能力，为支撑国家“双碳”战略、应对全球气候变化提供遥感监测数据支撑。

p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/009dbb2b-dcad-4c6c-a748-bbe3782ca888.jpg" title=" 20160202025715fd084_550.jpg" / /p p 　　这几天的天气相对来说略有好转，但也只能说是略有，稍微穿得薄一点，依然是冷得不要不要的。而我们都知道，造成这种极端天气的原因基本已经找到了，就是由于 a style=" color: rgb(255, 0, 0) text-decoration: underline " title=" " target=" _self" href=" http://www.instrument.com.cn/application/SampleFilter-S02004-T065-3-1-1.html" span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 二氧化碳 /strong /span /a 过多所造成的温室效应导致的。而如果想要良好的控制这些二氧化碳含量的话，首先，需要了解具体的二氧化碳分布。而现在，我国打算就此开展研究，并计划于今年 8 月发射第一颗自制的专门用于监测二氧化碳的卫星。 /p p 　　据悉，为有效掌握全球二氧化碳分布情况，“十二五”国家 863 计划设置了“全球二氧化碳监测科学实验卫星与应用示范”重大项目(简称“碳卫星”)。目前中国首颗“碳卫星”载荷研制已进入冲刺阶段，卫星将于 2016 年 5 月正式出场，并于 2016 年 8 月发射。 /p p 　　而本次发射的卫星将以二氧化碳遥感监测为切入点，研制并发射以高光普二氧化碳检测仪，多谱段云与气溶胶探测仪为主要载荷的高空间分辨率和高光谱分辨率全球二氧化碳监测科学实验卫星。它存在的意义就是，将为全球解决温室效应和碳排放以及其带来的直观影响提供有效，具体的数据。 /p p 　　而该工程共分为卫星系统，运载火箭系统，发射场系统，测控系统和地面应用系统五个部分。一旦成功的话，我国在气候峰会和环境外交等方面就将得到重要的支撑，也能够在这些事件上处于更加主导的地位。 /p

1月9日，爱因斯坦探针（EP）卫星成功发射。由中国科学院电工研究所研制的15套全国产化空间永磁电子偏转器成功搭载EP卫星的宽视场X射线望远镜（WXT）和后随X射线望远镜（FXT），为EP卫星开展时域天文和高能天体物理天文探测提供支撑。爱因斯坦探针（EP）卫星示意图。中国科学院国家空间科学中心供图EP卫星于2017年底正式立项，旨在开展深度的大视场软X射线巡天监测。EP卫星在巡天观测过程中，宇宙射线中的低能电子辐射噪声高于探测卫星望远镜的本底噪声，严重影响X射线观测精度，对巡天监测科学任务的完成提出了巨大挑战。为解决这一问题，中国科学院院士、中国科学院电工研究所研究员王秋良团队历时六年全力攻关，成功突破多项关键核心技术，创新性地提出多种构型电子偏转器方案，成功将宽视场X射线望远镜和后随X射线望远镜的电子射线偏转效率提升至97%和99%。发射升空之前，电子偏转器已在地面进行了一系列严苛的振动冲击、温度循环、电子束偏转定标以及电磁兼容性等空间环境模拟测试，达到EP卫星空间应用标准，预期工作寿命将在10年及以上。此次空间永磁电子偏转器成功搭载EP卫星助力X射线全天监测，表明电工研究所在轻量化强磁场空间电子偏转器设计、制造等关键核心技术领域取得实质性突破进展，对我国后续开展空间探测强电磁装备的研制工作具有重要指导意义。

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p 　　近日，中国科学院大气物理研究所通过地球观测组织(GEO)年度大会，展示了中国碳卫星观测的首幅全球二氧化碳分布图，预示着中国碳卫星将为气候变化的研究提供数据支撑。该成果受到与会的美国航天局(NASA)、日本航天局(JAXA)和欧洲空间局(ESA)等国外研究机构代表的高度关注。 /p p 　　中国碳卫星是“十二五”期间，由科技部立项，中科院负责工程总体，中科院国家空间科学中心、中科院微小卫星创新研究院、中科院长春光学精密机械与物理研究所、中科院大气物理研究所和中国气象局国家卫星气象中心等多家单位共同承担的科学实验卫星计划，目标是实现全球大气二氧化碳柱平均干空气混合比(XCO2，下文简称“浓度”)的高精度监测，为碳排放科学研究提供卫星资料。2016年12月22日，中国碳卫星在酒泉卫星发射基地成功发射升空并在轨运行，成为继日本GOSAT和美国OCO-2后，国际上第三颗具有高精度温室气体探测能力的卫星。 /p p 　　大气所承担中国碳卫星二氧化碳浓度反演算法研发、碳源汇同化系统研发和卫星数据的科学应用等工作。其中卫星遥感大气二氧化碳的主要挑战是精度要求高，干扰因素多，反演难度大。在国家高技术研究发展计划(863)“中国碳卫星”和中科院战略性科技先导专项“碳专项”等的资助下，大气所团队核心成员、博士杨东旭研发了卫星遥感反演算法(Institute of Atmospheric Physics Carbon dioxide retrieval Algorithm for Satellite observation-IAPCAS)。该算法是基于非线性最优估计方法的“全物理”反演算法，需要高精度模拟太阳辐射在大气中的传输过程。算法充分优化气溶胶光学性质随波长的变化以及卷云的连续吸收等特征，显著降低系统误差，提高反演精度 另一方面，发展了快速矢量辐射传输计算方法，在保证精度的同时，大幅提高计算效率 前期研究表明，算法精度已达国际先进水平。利用该反演算法解析中国碳卫星观测数据，获得了首幅全球二氧化碳分布图。在4月分布图中，可以看出春季由于人为排放形成的北半球二氧化碳浓度高、南半球浓度低的特征 其次对比4月和7月分布图，清晰地显示出由春入夏北半球二氧化碳浓度降低的趋势，表明了生态系统随季节变化的“固碳”作用 分布图也反映出人类活动频繁地区二氧化碳浓度高的现象。 /p p style=" text-align: center " img title=" 001.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/a9c6c751-158b-490a-875e-1d7cfab310f0.jpg" / /p p style=" text-align: center " img title=" 002.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/2b18f41a-871e-4826-a1c7-cbeeeb284134.jpg" / /p p & nbsp & nbsp & nbsp 大气所反演算法获取的首幅中国碳卫星大气二氧化碳全球分布图，（上图)2017年4月，（下图)2017年7月。色标表示大气二氧化碳柱平均干空气混合比（XCO2）。 /p

日前，我国科研人员通过分析风云气象极轨卫星上搭载的红外高光谱大气探测仪观测光谱的特点，探索建立了一套适用于风云卫星氨气柱浓度的全物理反演算法，并成功获得风云卫星首幅大气氨气柱全球分布图。这意味着风云卫星已具备定量探测全球氨气浓度的能力。氨气是大气中重要的碱性气体，与酸性气体快速反应后生成的硫酸铵和硝酸铵等二次气溶胶，是雾和霾期间大气细颗粒物PM2.5的主要污染成分。铵盐气溶胶还会通过散射影响太阳辐射，破坏地球辐射收支平衡，引起地球气候变化。因此，对氨气进行全球监测非常有必要。然而，传统的氨气浓度获取主要依赖于地面原位观测，很难满足实际需求，尤其是极地、沙漠、海洋、森林等的数据获取困难。我国风云三号系列气象极轨卫星从第四颗星开始（风云三号D星、E星、F星），搭载了红外高光谱大气探测仪，为实现氨气全球探测提供了可能。中国科学院大气物理研究所副研究员周敏强和中国气象局研究员张兴赢合作攻关，建立了适用于风云卫星氨气柱浓度的全物理反演算法。该算法在反演氨气时，可进行臭氧、二氧化碳、水汽、地表温度等干扰参数的同步反演。研究发现，风云卫星上的红外高光谱大气探测仪可以很好地捕捉全球氨气高值区，获得大气氨气柱分布图。周敏强指出，这次研究建立的反演算法虽已论证风云卫星的全球氨气定量遥感观测能力，但目前在海洋和高纬度地区反演精度较低。未来，研究团队将进一步改进反演算法，引入神经网络算法，提升反演精度，提高海洋和高纬度地区有效观测数据的质量。

空间伽马射线观测作为人类认识宇宙的重要手段之一，在宇宙起源、暗物质探测等科学前沿问题的研究中发挥着积极作用。9月7日，中国科学院国家空间科学中心国家空间科学数据中心与中科院紫金山天文台联合发布“悟空”号暗物质粒子探测卫星首批伽马光子科学数据。此次公开发布的为2016年1月1日至2018年12月31日的伽马光子科学数据（共计99864个事例），以及与其相关的卫星状态文件（共计1096条记录）。暗物质粒子探测卫星（又名“悟空”号）作为空间科学先导专项（一期）首发星，于2015年12月17日在酒泉卫星发射中心成功发射。其主要科学目标通过在空间观测高能电子（包括正电子）和伽马射线能谱，寻找暗物质粒子的存在证据，并开展宇宙射线起源及伽马射线天文方面的相关研究。经过五年半的平稳运行，目前“悟空”号卫星平台、有效载荷均工作正常，已经完成全天区扫描超过11次，获取了约107亿高能宇宙射线事例，已先后获得了宇宙线电子、质子、氦核等TeV以上能区最精确的测量结果。暗物质粒子探测卫星有效载荷由4个子探测器（塑闪阵列探测器PSD、硅阵列探测器STK、BGO量能器、中子探测器NUD）构成。其中塑闪阵列探测器主要用于测量入射粒子的电荷，并用于伽马射线的反符合探测；硅阵列探测器主要用于测量入射粒子的方向，内部装有钨板将伽马射线转换为正负电子从而实现对其方向的精确测量，同时也可以对入射粒子的电荷进行测量；BGO量能器主要用于测量宇宙线粒子尤其是高能电子和伽马射线的能量，同时进行粒子鉴别，剔除高能核素（包括质子和重核）本底；中子探测器用于测量宇宙线中的强子与中子探测器上层的物质发生作用产生的次级中子，进一步剔除高能核素本底。暗物质粒子间接探测、宇宙线物理和伽马射线天文是“悟空”号卫星的三大科学目标，而对伽马射线的观测是实现其科学目标的重要手段之一。由于伽马光子不带电荷，在传播的过程中不会被磁场偏转，可以更好地携带暗物质空间分布的信息，故而在暗物质间接探测研究中伽马射线数据具有特殊价值。暗物质粒子探测卫星的伽马射线观测具有极高的能量分辨率，有望更好地研究暗物质的性质。国家空间科学数据中心与紫金山天文台将持续发布伽马光子科学数据，开展数据分析与应用技术及工具的研发，为公众提供数据共享与应用服务。“悟空”号伽马射线曝光图

4月16日2时16分，长征四号丙运载火箭在太原卫星发射中心升空，将世界首颗具备二氧化碳激光探测能力的卫星——大气环境监测卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。星箭均由中国航天科技集团有限公司八院抓总研制。，时长00:30摄影：郑逃逃大气环境监测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》中的科研卫星，运行705公里的太阳同步轨道，整星发射重量约2.6吨，装载了大气探测激光雷达、高精度偏振扫描仪、多角度偏振成像仪、紫外高光谱大气成分探测仪及宽幅成像光谱仪等五台遥感仪器，是一颗集CO2激光主动探测、细颗粒物立体探测、气态污染物探测和地表环境探测的多要素综合监测卫星。长征四号丙运载火箭发射升空。吴敬博 摄大气环境监测卫星的成功发射和在轨应用标志着我国在大气遥感领域达到国际领先水平，卫星在轨应用后将实现对生态环境、气象和农业等多领域定量遥感服务能力的跨越式提升，为我国实现减污降碳协同增效、建设美丽中国的目标提供有力支撑。首次搭载大气探测激光雷达大气环境监测卫星在CO2探测手段和精度、细颗粒物主被动探测和偏振交火探测体制上，创造了三个世界第一。二氧化碳探测，激光雷达出奇效。大气环境监测卫星实现国际上首次搭载大气探测激光雷达这一主动探测载荷，实现主动激光CO2高精度、全天时、全球探测，探测精度大幅提升至优于1ppm，达到国际最高水平，为我国实现“碳达峰、碳中和”目标提供最精准的遥感数据支撑。同时，大气探测激光雷达通过对大气进行分层“CT”扫描，国内首次实现全球气溶胶光学厚度、形状和尺寸等垂直分布信息的获取。PM2.5监测，综合手段创新高。大气环境监测卫星国际上首次采用了主被动结合、多手段综合的探测体制，通过装载不同类型、不同原理的载荷，将主动发射激光接收的回波信号和被动接收的太阳光反射信号相结合，综合反演多种遥感数据，实现对近地面细颗粒物（PM2.5等）浓度的高精度监测，为大气污染精准防治提供科学数据支撑。中国航天科技集团八院供图偏振交火，信息融合效率高。大气环境监测卫星国际首次采用融合反演级偏振交火探测技术，获取气溶胶光学厚度、粒子尺度等多种参数，通过空间、辐射和偏振维度的信息融合，大幅提升细颗粒物探测精度，达到国际先进水平。此外，紫外高光谱大气成分探测仪及宽幅成像光谱仪也将大幅提升气态污染物以及地表环境监测能力，紫外谱段高光谱大气观测以及宽幅多光谱观测空间分辨率提升一倍。首次创新应用无控制点激光光轴自标定技术大气环境监测卫星每天可绕地球飞14轨，激光雷达不分白天黑夜全天时工作，可谓是一个兢兢业业的“劳模”。除了敬业之外，它还是一个十足的“强迫症”，时刻不忘摆正自己的姿态，以保证极高的指向测量精度，为此还在国内首次创新应用了无控制点激光光轴自标定技术。 中国航天科技集团八院供图这一“神技”顺利施展的前提是要有一把能够实时提供绝对姿态信息的“标尺”，也就是“司机”的“眼睛”——星敏感器。激光雷达自身发射的光源分束后经星敏感器支架上的棱镜反射，建立起激光雷达与星敏感器的在轨标校系统，这样激光雷达就可以借助星敏感器这双“慧眼”实时明确自己“身在何方”。据中国航天科技集团八院控制所卫星姿轨控分系统副主任设计师孙尚介绍，为提供高精度在轨三轴惯性测量精度，姿轨控分系统采用了高精度多头星敏感器。“好比用‘三只眼睛’同时定位，利用一个‘大脑’融合处理出更高精度的姿态测量数据。”据悉，“十四五”期间我国还将发射高精度温室气体综合探测卫星，与大气环境监测卫星组网观测，进一步提升我国天基碳监测能力和水平，为我国生态文明建设，实现“双碳”目标贡献航天力量。

“嫦娥一号”数据绘制的三维景观图　　 　　“嫦娥一号”携带的CCD立体相机 　　绕月探测工程月球科学首席科学家欧阳自远受国家国防科技工业局授权，于7月16日向外界公布了中国绕月探测卫星“嫦娥一号”的科学研究成果。 　　从2007年10月24日“嫦娥一号”卫星成功发射到2009年3月1日卫星成功受控撞月。经过为期一年零四个月的在轨运行，嫦娥一号搭载的8台有效载荷共获得数据约1.37TB，截至2010年2月，获得经过各种校正后生成的各级数据产品约2.76TB。绕月探测工程月球科学首席科学家欧阳自远介绍说，通过这些探测数据的处理、分析与研究，目前取得阶段性成果，填补了我国在月球探测领域的空白。 　　一：国际先进的全月球影像图 　　“嫦娥一号”卫星的CCD立体相机共获得508轨南北纬70度以内和589轨极区的图像数据，第一次实现了月球表面的100%覆盖。制作的“全月球影像图”在几何配准精度、数据的完整性与一致性、图像色调等方面均在国际上处于先进水平。欧阳自远介绍“全月球影像图”已经在出版社排版印刷，不久将面向全社会发售。 　　二：精度和分辨率最高的全月球数字高程模型和三维月球地形图 　　采用激光测高数据制作了分辨率为3公里左右的全月球数字高程模型，在精度和分辨率上明显优于美国和日本，达到了国际先进水平。 　　采用三线阵数字摄影测量方法制作的全月球三维数字地形图，在数据覆盖范围、平面定位与高程精度、空间分辨率等方面均优于国际现有全月球数字地形产品。 　　三：重要元素的全月球和局部区域的含量分布 　　嫦娥一号卫星伽马射线谱仪共获得了1103轨有效探测数据。地面应用系统对伽马射线数据进行了处理，优于信号积累实践的限制，其中只有铀、釷、钾等3类元素能够解译出全月球分布和含量，镁、铝、硅、铁、钛等元素只能解译出区域含量与分布数据。 　　四：月表微波辐射亮温数据的月球分布 　　嫦娥一号卫星微波辐射计共获取了1690轨探测数据，多次覆盖全月球表面。利用3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz、37.0GHz四个频率的微波辐射数据，反演出亮温，得到全月球亮温图，对月壤特性、月壤厚度以及月壤稀有气体的研究有重要的科学价值。 　　五：独特的近月空间高能粒子和太阳风离子数据 　　嫦娥一号卫星携带高能粒子和太阳风离子探测器对月球轨道空间环境进行了探测，其中高能粒子探测器共获取了1846轨有效探测数据，太阳风离子探测器共获取了1815轨有效探测数据。目前，对这些数据的分析和对比研究，对丰富太阳辐射及其与地球磁场和行星(月球)的认识具有特殊的意义。 　　欧阳自远介绍说，“嫦娥一号”的科学研究在专利和知识产权、月球研究的标准和规范、科学应用研究论文等方面也发挥了重点作用。通过地面应用系统的研制和嫦娥数据的处理，催生了一批标准和规范，初步建立起了我国月球探测和科学数据处理的标准体系。

大气辐射亮温垂直分布动态图。来源：国家卫星气象中心　　干涉式大气垂直探测仪是国际上第一台在静止轨道上以红外高光谱干涉分光方式探测大气垂直结构的精密遥感仪器。通过该探测仪，我们成功获取了全球首幅静止轨道地球大气高光谱图。作为第一次露出真容的大气高光谱图，应该如何解读图像和展开数据应用呢?这非常值得探析。　　探什么?　　很多人都知道“探空”：气球带着测量仪器从地面不断升高，包含温度、湿度等传感器，边上升边测量并把数据传回给地面跟踪和接收雷达。这好比用温度计，在一个高度上量一下，在下一个高度上再量一下。它能把大气的温湿度测量得非常准确，本质上属于直接测量，一般测量高度为30公里，能够对对流层和平流层在各垂直高度上进行测量。　　地面探空近乎直接测量，其精度很高。但是，这些探空站在海洋上是没有的，而陆地上也只能在约200×200公里设置一个，一般每天全球统一在世界时00时和12时两个固定时间进行两次探空。　　怎么探?　　大气结构是三维的，又是随着时间快速变化的。由于探空站在地理、空间分布密度和观测频次上的局限性，其探测数据无法支撑快速发展的数值天气预报模式。　　探测大气三维结构的方法除了地面探空外，天基(卫星)红外和微波被动探测已经成为国际主流。在卫星上进行大气温湿度三维结构探测的优势在于可以全球覆盖，而静止气象卫星的优势在于获得高频次的观测数据。　　在卫星上利用红外遥感怎么测大气三维结构呢?进行三维大气温度湿度探测，主要基于光谱通道选择。比如，选择大气混合比稳定的二氧化碳红外吸收带，探测大气的温度廓线 选择水汽红外吸收带探测大气的湿度廓线。不同的二氧化碳吸收通道探测到的红外辐射主要来自于特定的高度层，对该高度的大气温度变化敏感，利用此原理可以获得大气的温度垂直分布信息。同样，不同的水汽吸收通道对不同高度层的大气湿度变化敏感，从而可以获得大气的湿度垂直分布信息。　　要满足数值预报对大气探测精度的要求，在技术上高光谱红外探测是必选的技术途径。高光谱探测的优势在于探测通道的光谱分辨率越高，即通道的权重函数越窄，受到的臭氧、水汽等其它吸收气体的污染就越小，对特定高度层的敏感程度也越高，不仅提高了大气温湿度探测精度，而且也提高了大气探测的垂直分辨能力。　　“风云四号”干涉式大气垂直探测仪采用迈克尔逊干涉分光的方式实现大气红外高光谱探测，可以获取高频次区域晴空和云顶以上的大气三维结构。　　那么，云内部和云底以下大气怎么实现高频次探测呢?这就需要气象人期盼的“风云四号”微波星在未来发挥其功效。　　怎么用?　　国际上没有利用静止轨道高光谱大气探测数据的成功先例，我国气象应用势必要经过从试用到业务应用的过程，特别是要根据应用需求(观测精度、区域范围和观测频次等)来确定仪器观测模式，需要应用部门和地面应用系统鼎力合作。　　干涉式红外大气探测仪数据主要的应用包括以下几个方面：该仪器具有对我国及周边地区1小时一次、间隔仅16公里的密集的大气温湿分布垂直探测能力，其探测数据可以同化到全球和区域数值预报模式，改进数值预报初始场，特别是像海洋上等缺少常规探空观测的区域，对于提高预报的精细化能力起到促进作用 利用该仪器反演得到大气不稳定指数，可以提前数小时有效监测到暴雨系统发生前环境条件的变化，在还是晴朗无云的大气中提前发现极端天气的蛛丝马迹，直接提供给预报员进行天气分析和预报 可以对小尺度强对流天气系统进行高频次探测，直接服务于短临天气预报预警。　　怎么读?　　干涉式大气垂直探测仪有超过1600个探测通道，不同高度的大气对不同探测通道的红外辐射贡献存在差异。根据这些差异可以反演出大气温度、湿度的三维结构。下图所示为选取该仪器观测到的7个长波红外通道在权重高度的红外辐射亮温垂直分布图。

据央视报道，2021年1月29日12时47分，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭，成功将遥感三十一号02组卫星发射升空，卫星进入预定轨道。卫星主要用于开展电磁环境探测及相关技术试验。据了解，遥感卫星是用作外层空间遥感平台的人造卫星。用卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感。通常，遥感卫星可在轨道上运行数年。卫星轨道可根据需要来确定。遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域，当沿地球同步轨道运行时，它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感。所有的遥感卫星都需要有遥感卫星地面站，从遥感集市平台获得的卫星数据可监测到农业、林业、海洋、国土、环保、气象等情况，遥感卫星主要有气象卫星、陆地卫星和海洋卫星三种类型。近40年来,中国的地球观测遥感卫星技术发展取得了卓越的成就,已经形成了陆地、气象和海洋3大卫星系统,正在广泛服务于中国的自然资源调查、海洋环境保护、气象灾害预测和国家重大工程等诸多领域。

我国首颗二氧化碳监测科学实验卫星即将发射升空，它将用慧眼一探全球二氧化碳变化的秘密。　　“我国还没有这么复杂观测模式的民用卫星，它通过5种观测模式的组合，完成对全球二氧化碳的探测，卫星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，卫星研制难度极大。”碳卫星首席应用科学家卢乃锰告诉记者。　　利用光谱吸收特性一探究竟　　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。“大气在太阳光照射下，二氧化碳分子会呈现光谱吸收特性，通过碳卫星对二氧化碳光谱吸收线的精细测量，就可以反演出大气二氧化碳的浓度。”卢乃锰说。　　反演验证系统是获取卫星数据后计算出二氧化碳和气溶胶分布状况的关键环节，也是卢乃锰在采访中反复提及的技术关键。通俗来讲，太阳的光谱是确定的，如果已知二氧化碳浓度等大气状况，根据模型，计算出卫星应该观测到的光谱，是正演 而根据卫星获取的数据，由模型反算出二氧化碳浓度，就是反演。　　“以往气象卫星所涉及到的反演问题，大多集中在红外和微波谱段，而碳卫星所涉及到的是可见光和近红外谱段的反演问题，机理不同，难度加大。这需要考虑云与气溶胶、气压、温度、反照率等多因素的影响，重新设计全新的反演验证系统。我们集中国内优势单位联合攻关，终于啃下了这块硬骨头，填补了国内技术空白。”卢乃锰说。　　国家遥感中心总工程师李加洪介绍，该项目后期还追加了航空遥感实验和地面观测反演。前者就是把二氧化碳探测仪放在飞机上先采集数据，让研究者在碳卫星发射前就能熟悉相关数据处理和反演方法，积累经验，确保碳卫星获取数据后及时开展应用。　　会跳华尔兹会翻筋斗，还能斜看竖看盯着看　　卢乃锰给记者展示了一段碳卫星工作的模拟视频。“大家看到卫星在天上翩翩起舞，觉得很美，但搞卫星的人通常一听到这种需求就心惊肉跳，万一转过去转不回来了，怎么办呢?”他说，这种敏捷观测对卫星技术要求极高。　　这颗卫星为什么需要不停旋转?这就涉及到其复杂的观测模式。碳卫星可以斜着看、竖着看、盯着看。斜着看，就是耀斑观测模式，利用太阳在海面的镜面反射提高信噪比，获取海面上空的二氧化碳数据 竖着看即天底观测模式，利用地面的漫反射特性开展地面二氧化碳的观测 盯着看，就是卫星在飞行过程中，始终瞄准一个特定目标进行观测，完成既定任务。除此之外，碳卫星还要观测太阳和月亮，进行对日、对月定标。　　卢乃锰说，这相当于只有一只眼睛的卫星需要不停转换角度来完成对不同方向的观测。所以卫星要不断地调整姿态，就像跳优美的华尔兹。　　这种复杂和高难度的“跳舞”观测，让碳卫星能够得到更加有效的全球二氧化碳分布信息。“日本的GOSAT(2009年发射的世界首颗温室气体观测卫星)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。”卢乃锰说。　　搭载二氧化碳和气溶胶两个探测仪　　除了模块化卫星平台，高标准的载荷设计也是碳卫星研制的一大难点。碳卫星搭载了两个遥感仪器。一个是高光谱与高空间分辨率二氧化碳探测仪，另一个是多频段云与气溶胶探测仪。　　“几十纳米的带宽在肉眼看来就一个颜色，要在这上面布置2000多个通道，也就是要再精细分辨出2000多种颜色，这对光学仪器的材料和工艺来说是非常大的挑战。”卢乃锰说。　　碳卫星项目要求大气中二氧化碳的浓度监测精度优于4ppm(百万分比浓度)，也即是说，当大气中二氧化碳含量变化超过百万分之四时，碳载荷就必须发现。为此，中科院长春光机所制造出200×200毫米的大面积光栅，填补了这一领域国内技术空白。　　将会形成全球碳排放报告　　我国的碳卫星大气二氧化碳反演精度可达到1-4ppm，比日本GOSAT监测精度高，与美国OCO-2相当。　　在发射成功并经过半年的在轨测试后，碳卫星将正式投入运行，16天完成一个回归周期，每两到三个月，完成一次全球有效覆盖。碳卫星获取的信息经过解析和处理，就会形成不同地区碳排放报告。　　“要用好这颗星需做好四件事。”卢乃锰说，第一是卫星数据的预处理，包括卫星定位、光谱定标、辐射定标等工作 第二是此前强调的数据反演 第三是模式同化技术 第四是数据共享。　　在这颗碳卫星基础上是否有安排后续业务星的计划?卢乃锰说，虽然这颗星还没有发射，但它的部分成果已经应用到很多碳监测的技术中，诸如风云气象卫星等国家空间对地观测卫星上，也都已经或正在考虑装载二氧化碳观测仪器。只是国家863计划走在了前面。　　“科技部特别强调碳卫星数据向国内外共享，目前已经制定了数据管理办法，将适时对外发布。碳卫星数据将加载到国家综合地球观测数据共享平台，除向国内各类用户提供数据共享服务外，还将通过全球生态环境遥感监测年度报告(GEOARC)发布专题报告。在国际合作方面，将向地球观测组织(GEO)共享，作为中国对GEO的实质贡献 通过中欧‘龙计划’合作将与欧空局开展深度研究。”李加洪透露，前段时间，NASA主动提出合作， 随着中国、欧洲碳卫星的跟进，希望以后形成多卫星联合观测，进一步实现对外开放、数据共享。

p 　　2016年12月22日，中国科学院微小卫星创新研究院抓总研制的我国首颗全球二氧化碳监测科学实验卫星（简称“碳卫星”）在酒泉卫星发射中心成功发射。2017年8月31日，中国气象局在京组织召开了碳卫星在轨测试总结评审会。评审结论表明，碳卫星已完成在轨测试全部工作，卫星各项功能、性能指标符合研制任务书的要求，取得圆满成功。 br/ /p p 　　碳卫星在轨测试工作由中国气象局国家卫星气象中心牵头组织，先后完成了对日定标、对月定标测试，敦煌辐射校正场、北京地面观测站、芬兰地面观测站同步观测试验，以及与美国二氧化碳监测卫星OCO-2交叉比对试验等在轨测试项目。 br/ 　　作为我国自主研制的首颗全球大气二氧化碳观测实验卫星，碳卫星在国内首次实现了星地一体化多模式卫星观测平台、星载高光谱二氧化碳探测技术与多谱段云与气溶胶偏振探测技术。全球二氧化碳探测仪研制难度高、技术复杂，具有高光谱定标精度高、辐射测量精度高的特点，填补了我国天基高光谱温室气体测量的空白，其综合技术性能达到国际先进，部分指标达到国际领先水平。 br/ 　　碳卫星是国家科技部“863”对地观测与导航领域重大项目，中科院负责工程组织实施和卫星系统研制工作，国家空间科学中心承担工程大总体任务，微小卫星创新研究院承担卫星平台研制任务、长春光学精密机械与物理研究所承担卫星有效载荷研制任务。 br/ 　　后续，碳卫星将转入业务化运行和科学应用阶段。根据科技部关于碳卫星的数据政策，全部观测数据将向全球公开发布，为国际碳研究提供新动力。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/fb25262a-c324-474d-96c2-88e4254c58fd.jpg" title=" 1.jpg" style=" width: 502px height: 288px " width=" 502" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 288" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 碳卫星在轨示意图和部分CO sub 2 /sub 定标曲线 /strong /p

p 　　5月9日2时28分，我国在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功发射高分五号卫星。高分五号卫星是世界首颗实现对大气和陆地综合观测的全谱段高光谱卫星，也是我国高分专项中一颗重要的科研卫星。它填补了国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白，可满足环境综合监测等方面的迫切需求，是我国实现高光谱分辨率对地观测能力的重要标志。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/75b3ccd6-a832-4d59-945b-aa06cece736e.jpg" style=" float:none " title=" 高分五号1.jpg" / /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/75fa3074-79f1-4237-bcf9-184dc2b6d2b9.jpg" style=" float:none " title=" 高分五号2.jpg" / /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/46b63a7e-c9bf-448c-bb3f-29c7a36477ef.jpg" style=" float:none " title=" 高分五号3.jpg" / /p p style=" text-align: center " br/ /p

据新华社1月21日消息，我国第一颗综合性太阳探测卫星——先进天基太阳天文台（ASO-S）计划于2022年上半年发射升空。这颗卫星的发射，将标志我国进入“探日”时代。“先进天基太阳天文台(ASO-S)”，2016年4月底通过了中国科学院组织的背景型号阶段结题验收。中国科学家团队正全力以赴推进太阳探测卫星计划。他们希望赶在下一个太阳活动峰年的前夕(即2021年)，将其射入轨道，以完整记录太阳活动第25周的“太阳风暴”。2018年1月4日，ASO-S(先进天基太阳天文台）科学准备项目暨ASO-S科学应用系统启动会在中国科学院紫金山天文台仙林新园区召开。同年7月4日，中国科学院重大任务局在中国科学院国家空间科学中心主持召开了“空间科学（二期）”战略性先导科技专项启动会暨EP、ASO-S卫星工程启动会。根据ASO-S卫星工程立项批复文件和空间科学（二期）先导专项实施方案，ASO-S卫星将在2021年底完成工程研制任务，并于2022年上半年择机发射。据悉，先进天基太阳天文台（ASO-S）是我国首颗空间太阳专用观测卫星，将揭示太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射（一磁两暴）的形成及相互关系。 为实现这一目标，ASO-S上将搭载3个主要载荷：全日面太阳矢量磁像仪(FMG)、莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)、太阳硬X射线成像仪(HXI)，它们将分别用来观测太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射。全日面矢量磁像仪是ASO-S卫星的主载荷之一，将以高分辨率和高灵敏度测量太阳磁场，通过连续稳定的观测,研究太阳磁场的发生，发展，相互作用，以及作用的后果,从而深入研究耀斑和日冕物质抛射过程中的能量积累，触发，释放和传输机制，并为空间天气事件预报提供观测基础，为我国空间环境的安全提供保障。空间光学系统在进行天文观测时，彻底摆脱了大气影响，背景噪声的降低极大的提高了观测分辨率。莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)是先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星的载荷之一，它包括白光太阳望远镜(WST),全日面太阳成像仪(SDI)和日冕仪(SCI)等仪器。1991年Kuhn,Lin和Loranz提出的方法(简称KLL方法)是WST和SDI在轨平场定标的方法之一。硬X射线成像仪(HXI)作为该卫星3个科学载荷之一, 实现了高时间分辨率和空间分辨 率的太阳硬X射线成像观测，其量能器由99套溴化镧闪烁晶体-光电倍增管探测单元和读出电子学板构成，实现了30–200 keV的硬X射线光子能谱测量。

紫外高光谱大气成分探测仪11月4日，高精度温室气体综合探测卫星（DQ-2）紫外高光谱大气成分探测仪(EMI-NL)通过了航天八院环境卫星项目办组织的正样交付验收评审。紫外高光谱大气成分探测仪(EMI-NL)是国产第三代超光谱大气痕量气体监测载荷，拥有独立的天底与临边观测模块，能获取大气痕量气体高空间分辨率水平分布与垂直廓线，主要用于定量监测全球和区域二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、臭氧（O3）和甲醛（HCHO）等痕量污染气体成分的分布和变化，用以分析人类活动排放和自然排放过程对大气组成成分和全球气候变化的影响。EMI-NL载荷性能指标大幅提升，天底对地空间分辨率达到7*7平方公里，达到国际先进水平；并增加了临边同步观测模式，临边切高分辨率为2公里。该载荷具备公里级别的空间分辨率、天底临边同步双模式同步观测，对辨识污染源位置、量化点/面源排放通量、研判区域间相互影响等具有重要作用。经讨论，评审专家组认为紫外高光谱大气成分探测仪（EMI-NL）正样产品按照正样研制技术流程完成了所有研制工作，经测试、试验，功能、性能满足任务书要求；研制过程质量受控，未发生质量问题；文档资料齐全，符合《八院卫星型号产品交付验收实施要求》，同意通过评审。DQ-2卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025）》中规划的业务星，具有主被动方式结合获取高光谱分辨率、高时间分辨率温室气体、污染气体及气溶胶等大气环境要素的遥感检测能力。DQ-2卫星共配置五台有效载荷，其中紫外高光谱大气成分探测仪（EMI-NL）、云和气溶胶成像仪（CAPC）分别由安光所环境光学中心和光学遥感中心承担研制任务。正样验收评审会

小编从西安发布了解到，中科西光航天发布了包括国内首个高光谱卫星大数据共享平台和国内首颗商业化双碳监测卫星在内的两项科技创新成果，标志着我国在遥感卫星数据共享方面实现了零的突破。今年，中科西光航天将推出自主研发的XIGUANG-004星（甲烷监测卫星）、XIGUANG-005星（精细化农业卫星）、XIGUANG-006星（矿产监测卫星）、XIGUANG-007（高分辨率精准农业卫星）等具备国内同量级最强指标的高光谱遥感卫星，不断突破高光谱遥感卫星在各类新兴领域的创新应用，实现我国高光谱遥感卫星指标的全面突破。作为我国西北地区唯一一家从事星座运营、卫星研制、载荷定制、数据开发全产业链的商业航天公司，也是国内唯一一家全自主研发高光谱卫星星座的商业航天公司，全力打造我国最大最全、最好用实用、成本最低的高光谱遥感卫星星座，是国内遥感星座里最具代表性的企业。图源西安中科西光航天公司官网公司创造了国内商业航天同时期发展速度最快、同比数据价值最高、同类型应用能力最强的多项奇迹，初步形成了面向环保、农林、海洋、地质、环境、智慧城市等方面的数据服务能力，是西安市知名的商业航天企业。中科西光航天拥有国内最大、最全的高光谱遥感星座108星遥感星座；向全球用户提供高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率的全天候卫星遥感大数据服务和卫星应用系统解决方案；现已成功发射的两颗高光谱卫星均为国内首次在百公斤级卫星上搭载高光谱成像仪，也是国内率先布局双碳业务板块的商业航天公司。