本期的客人

　

●精彩介绍了中国科学院大气物理学研究所的刘Yi研究小组，与中国和英国科学家共同发表了一份有关《大气科学进展》的研究论文，该论文介绍了中国碳卫星的第一个全球碳通量数据，帮助我国家的双重碳目标和全球库存动作。基于对我国首个全球二氧化碳监测科学实验卫星- 中国碳卫星（TANSAT）的观察，该团队使用先进的碳通量计算系统获得了中国碳卫星的首个全球碳通量数据集。这是一个里程碑的结果，这表明我的国家有能力监视全球碳收入和支出空间定量监测能力，并且是世界上第三个拥有这项技术之后日本和美国的技术的国家。全球库存（《巴黎协议》）将有助于了解温室气体排放量减少和汇率增加对气候变化趋势的影响。卫星遥感将在全球统一和公正的碳收入和支出会计中发挥重要作用。新一代卫星的设计和研发将面临我国双重碳目标和国际社会库存需求的监控需求，帮助社区拥有人类共同的未来，以实现“碳中立性”。

特别邀请中国的碳卫星帮助我国家的双重碳目标和全球库存●我国家的双重碳目标和全球库存

2020年9月，我的国家庄严建议在2030年之前努力达到二氧化碳排放峰值，并努力在2060年到2060年实现对碳中立性的远见。与此同时，也许诺我们的国家将采取更强大的政策和措施来增加国家可靠贡献（NDC）的努力（NDC）。

二氧化碳（CO2）是地球大气中的重要组成部分，其体积成分约占大气的0.04％。自工业革命以来，人类生产活动以及科学和技术发展已经消耗了大量的化石燃料，将大量的温室气体（例如CO2）释放到大气中，打破了自然界中二氧化碳的长期循环平衡，并在大气中造成了二氧化碳含量的急剧增加。大气中的二氧化碳将产生强烈的温室效应，并且过多的含量将导致全球表面温度的升高，因此被认为是气候变化的关键原因。为了减轻过度二氧化碳排放引起的气候变化，自1992年以来，《联合国气候变化框架公约》逐渐加强了对各个国家排放状况的限制。当事方第13届会议（COP13，2007）通过的“巴厘岛路线图”提到，应实施“可衡量，可报告和可验证的”原则（MRV）。 2009年，哥本哈根气候会议（COP15）提出了一个目标：“全球平均温度不高于工业前革命水平。温度升高在1.5摄氏度范围内控制在1.5摄氏度和努力之内。”随后，为了进一步敦促各个国家（NDC）的可靠贡献，《巴黎协定》从2023年开始提出了每五年的全球储备计划，以备受销售各个国家的贡献，以减轻气候变化。因此，减少排放（外汇增加）已成为库存的核心对象。

当前对降低温室气体排放有效性的评估主要取决于库存方法。政府间气候变化小组（IPCC）已制定了《2006年IPCC国家温室气体清单指南》（以下简称为《指南》），要求根据:01《指南》的方法要求准备的国家列表。即便如此，诸如错误，偏差，透明度和国家列表中其他问题之类的问题仍然不可避免。随着人类科学和技术的发展以及大气检测和模型仿真技术的快速发展，通过大气二氧化碳浓度观察追踪排放的方法被认为能够有效验证列表（MVS）。因此，在2019年修订版中，该方法正式写入《指南》。

我国的国民经济，生产力和生活水平正处于快速发展的时期，需求量和能源消耗量很大，成为世界上最大的二氧化碳排放国家之一。双碳目标的提议反映了我国家对气候和环境治理的决心，一个主要国家的野心以及应对人类拥有共同未来的社区面临的威胁的责任感。双碳目标的实现是人类有序适应自然的体现。它最终将通过不断调整人类社会发展途径来实现与自然的协调共生。

《大气科学进展》 2018第6期封面

The cover shows that Liu Yi's research group of the Institute of Atmospheric Physics Carbon Dioxide Retrieval algorithm for satellite observation developed by the Institute of Atmospheric Physics Carbon Dioxide Retrieval algorithm for satellite remote sensing, IAPCAS) was used to invert the data of China's carbon satellite (satellite shown on the cover) and obtained the first atmospheric CO2 distribution on the global land surface.该图中的有色图分别显示了2017年4月和2017年7月大气二氧化碳的全球分布。红色表示浓度高的区域，蓝色表示浓度较低的区域。

●验证大气浓度测量支持清单的方法

使用大气浓度测量来计算碳排放和吸收碳吸收的方法称为“自上而下”，这与列表中使用的过程模型和统计计算的“自下而上”方法非常不同。大气检测可以在特定时刻或一段时间内获得大气中二氧化碳含量的状态或其变化。大气二氧化碳是一种惰性气体，其化学活性非常低。因此，其内容的变化主要来自大气的运输和地球（海）气体的交换。其中，大气传输仅将二氧化碳从一个位置发送到另一个位置，只会改变其空间分布，而不会改变全球大气中的二氧化碳量；地球交换是改变大气中二氧化碳含量的原因。如果地球（包括土地和海洋）吸收大气中的二氧化碳，则大气中的二氧化碳含量会减少。我们称之为水槽。例如，植被通过光合作用吸收二氧化碳，这是一个重要的碳汇。相反，地球将二氧化碳排入大气中，从而导致大气中的二氧化碳含量增加。我们称之为来源。例如，人类将化石燃料燃烧到大气中，这是气候变化的重要来源。根据观察结果，我们可以知道二氧化碳含量状态和随着时间的变化趋势。在大气传输的过程中，我们可以使用大气传输模型来模拟该过程，而其余的变化归因于地球交换的来源和汇合，这是从上到下追踪碳源的方法。

总而言之，“自上而下”的方法主要依赖于两个方面，即观察和仿真。观察是眼睛，因此，为了观察，我们需要准确的观察，广泛的观看，全观看和清晰的观看。准确的观看意味着观察必须高。广泛的观看意味着观察需要覆盖大气的每个角落。必须长时间观察完整的观看，并且清晰的观看必须很高。通过这种方式，我们可以描述一种真实的大气二氧化碳含量状态和通过观察变化的趋势。地面观察可以实现“精确而完整的观看”，在高精度和连续观察中具有很强的优势，但是对于全球对大气二氧化碳的描述，有必要广泛，清晰地看到。由于特殊的观察位置和方法，卫星遥感可以在全球对CO2的观察中起主要作用，尤其是在全球高分辨率观察中（请参阅宽和清晰）。该模拟主要使用大气传输模型，并使用高性能计算机来模拟大气二氧化碳的传输过程和每个时刻和每个地方的大气二氧化碳含量。因此，对于在某个时刻或某个位置的二氧化碳含量，我们将具有一个观察值和模拟值，以形成一对观测模拟数据。这对数据将不可避免地存在差异。观察和仿真之间会出现错误，因此它不会完全等于实际值。因此，对于观察数据对，我们希望获得最接近真理的数值，并将其推广到所有观察数据对。我们必须完全考虑协调它。因此，我们需要一组称为“数据吸收”的方法，以使观察和模拟“吸收”。

资料来源：Tansat团队

●中国的碳卫星计划：全球碳监测的坚实第一步

2009年，日本成功推出了世界上第一个温室气体特异性检测卫星GOSAT，其次是美国OCO-2，并于2014年推出。2016年12月22日，中国的碳卫星在Jiuquan Satellite卫星发射基地成功推出并在Orbit上运营，成为了第三个国际国际温室气卫星。全名是全球二氧化碳监测科学实验卫星的全名。这是一项科学实验性卫星项目，由许多部门共同进行，例如中国科学院国家太空科学中心，微卫星创新研究所，昌chun光学精确力学与物理学研究所，大气物理学研究所，大气物理学研究所和国家卫星卫星气象学中心。目的是实现对全球大气二氧化碳柱平均干燥空气混合比（XCO2，以下称为“浓度”）的高精度监测，并为碳排放的科学研究提供了卫星数据。中国的碳卫星是一颗近极太阳同步卫星，飞行高度约为700公里，每天大约14次绕地球绕。它配备了主载荷“高光谱分辨率大气二氧化碳检测器”和辅助负载“云和气溶胶极化成像仪”。其中，主要负载高光谱分辨率大气二氧化碳检测器使用地球反射的近红外/短波红外太阳辐射来检测大气中二氧化碳的含量。

图1。中国最新版本的碳卫星（V2）CO2柱浓度数据产品（www.chinageoss.org/tansat）

数据质量，尤其是观察精度，是一种瓶颈，限制了卫星数据的有效应用。二氧化碳的卫星监测精度要求高于0.5％，这在卫星大气成分的遥感领域非常高。卫星完成其轨道内测试后，中国科学院大气物理学研究所（中国科学院）获得了中国碳卫星的第一个二氧化碳分销数据，并依靠中国科学院开发的独立反转系统，其平均准确性为2.11 ppm（单位意义上的平均值：一百万千万千万）。在中国碳卫星发射四周年之际，在提高了数据质量和反转算法之后，生产了新版本的数据产品，产品偏差和准确性分别达到-0.08 ppmv和1.47 ppmv，并在世界领先的位置中排名在世界领先位置中的准确性（图1）。同时，中国和欧洲对中国碳卫星的全球碳监测进行了合作研究。中国的碳卫星加入了欧洲航天局（ESA）第三方卫星计划，间接表明我国家的碳卫星及其观察数据正在逐渐转移到世界上。

基于此，本文介绍了Tansat的XCO2观测数据以获得全球碳通量的时空分布数据。这项研究使用了集合卡曼滤波（ETKF）的碳同化系统，结合了GEOS-CHEM全球化学递送模式，以同化模拟和观察。结果表明，与先前的通量相比，后验误差显着降低（30％–50％），这表明Tansat的观察结果为全球碳通量计算提供了有效的信息。使用Tansat观测值估算了6.71±0.76 gt c yr？1的全球净陆地碳通量，这通常与使用日本GOSAT卫星和美国OCO-2卫星数据的结果一致。基金会旨在进一步使用Tansat观测值来量化生物圈- 大气碳交换的深入研究。这个结果是坦萨特的里程碑，表明我国家的第一个碳卫星具有监测全球碳通量的能力（图2）。

图2。全球碳源监测中国碳卫星（Tansat）的示意图

中国的碳卫星是我国家的第一代专门用于温室气体监测的卫星，从头开始对空间温室气体进行高精度监测，迈出了重要而困难的第一步。但是，更大的挑战在于如何使用卫星遥感作为一种检测方法来服务全球库存和实现我国家的双重碳目标。大气二氧化碳是气候变化的主要原因之一。它的增加和减少涉及多个圆的互连，例如大气，生态系统，岩石圈，海洋圆圈和人圈。分析这些圆圈之间二氧化碳周期的科学使用是我们制定进步方向的唯一途径。未来的设计工作以及我国新一代的空间碳监测系统已经开始，更全面，更有效的检测将为准确的源识别奠定坚实的基础。

技巧和知识：什么是碳峰和碳中立性？

“碳峰”是指每年碳排放达到历史最高价值的地区或行业，这是碳排放下降的历史转折点，这标志着经济发展从高能源消耗和高排放到清洁低能消耗模式的转变。

“碳中立性”是指某个地区在某个地区的人类活动直接和间接发射的总碳，从而抵消了通过造林和工业碳螯合所吸收的总碳，从而实现了碳的“净零排放”。