我國成功把二氧化碳探測主動激光雷達“搬上天”

大氣環境監測衛星。 來源：中國氣象局

科普時報記者 胡利娟

4月16日，記者從中國氣象局獲悉，我國在太原衛星發射中心采用長征四號丙運載火箭發射大氣環境監測衛星。隨著這顆衛星的入軌，我國在全世界第一次成功把二氧化碳探測的主動激光雷達“搬上天”，以期實現對地球大氣二氧化碳的全天時、高精度探測。

大氣環境監測衛星是《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015-2025年)》中的一顆科研衛星，衛星和運載火箭系統均由中國航天科技集團有限公司第八研究院抓總研制，中國氣象局作為該星的主用戶之一，重點關注和推進星上二氧化碳探測主動激光雷達載荷的立項研制。該星于2015年1月先期攻關立項，2017年8月工程研制立項，歷經7年時間攻克了多項技術難題。在中國氣象局的支持下，作為該星的工程應用系統副總師，張興贏組織協調了國內不同機構的科研人員瞄準星載主動激光雷達的數據處理技術持續開展攻關。

“大氣環境監測衛星最大的特點是搭載主動激光雷達載荷，不僅可以獲取云和氣溶膠的垂直分布信息，更重要的是可以通過星上的激光雷達實現全球大氣二氧化碳高精度探測。”中國氣象局國家衛星氣象中心副主任、大氣環境監測衛星工程應用系統副總師張興贏研究員介紹說，相比于被動遙感，主動激光雷達不需要依賴于太陽光，主要是從衛星向地面發射多個波長的脈沖激光，激光穿過大氣層時碰到氣溶膠顆粒物、云和大氣化學成分（如空氣中的二氧化碳）等發生散射或者吸收，利用這些變化特征可以非常敏銳地捕捉大氣中這些成分的變化，因此不受白天黑夜影響，可以全天候觀測；也不受緯度帶的影響，可以全球觀測，因此可以獲取更多有效的二氧化碳高精度觀測數據。

除了主動激光雷達載荷外，大氣環境監測衛星還搭載有高精度偏振掃描儀、多角度偏振成像儀、紫外高光譜大氣成分探測儀及寬幅成像光譜儀等被動探測載荷，可對大氣細顆粒物、氣態污染物、云和氣溶膠等大氣環境要素進行綜合監測，將與我國的風云系列氣象衛星開展協同觀測，織就一張更加精密的全球大氣環境天基觀測網。

“由于星上二氧化碳探測的主動激光雷達是全球首發，因此，無論是雷達的高精度制造還是數據的高精度處理技術，都是巨大挑戰。”張興贏透露，目前，科研團隊已經為衛星正式工作做好了數據處理技術儲備。后續將盡快推動衛星產品和數據投入應用，為雙碳目標提供更加精準的科技支撐。

“十四五”期間，風云三號氣象衛星后續星將搭載被動高光譜探測儀并正式開展全球溫室氣體業務探測，國家民用空間基礎設施計劃中還將發射一顆高精度溫室氣體綜合探測衛星。屆時，我國將建成多星組網、主被動聯合的全球碳監測星座。

“希望我國的碳監測星座可以為碳達峰和碳中和的國家戰略方針實施起到更有力的科技支撐。”張興贏稱，這不僅造福中國，也惠及全球，為應對全球氣候變化提供更多更高精度的碳監測數據。

據了解，2009年以來，日本、美國、中國先后發射了多顆溫室氣體觀測衛星，中國從2016年開始通過全球二氧化碳科學實驗衛星、風云三號氣象衛星D星、高分五號衛星，開展了多星溫室氣體遙感探測。不過，此前全球范圍所有的衛星溫室氣體觀測主要依托高光譜溫室氣體探測儀，即被動光學遙感，因此只能在白天有太陽的時候探測，也不能覆蓋高緯度的南北極地區，同時觀測數據還受限于云、氣溶膠的影響，因此探測的有效數據有限。另外，被動觀測遙感受地表反射和大氣散射的影響，定量探測精度也受到限制。

標簽： 激光雷達 二氧化碳 大氣環境