第一(yī)章 雙碳政策背景

1.1. 現狀分(fēn)析

       自工(gōng)業革命以來，由于化石燃料的燃燒、工(gōng)業排放(fàng)等人類活動的快速增加，全球大(dà)氣 CO2 濃度逐年以約 2×10－6的增速升高，已成爲導緻全球變暖的重要原因。近年來，爲減緩大(dà)氣 CO2 濃度的持續升高以遏制全球變暖，各國均制定了相關減排政策。在經濟社會快速發展的同時，我(wǒ)國加快推進綠色低碳轉型、積極參與全球氣候治理，取得了顯著成效。面對全球氣候變化和能源消耗問題，我(wǒ)國積極履行國際職責，先後簽訂《聯合國氣候變化框架公約》、《京都議定書(shū)》，并在2015年巴黎氣候大(dà)會上提出“二氧化碳排放(fàng)2030年左後達到峰值并争取盡早達峰，單位國内生(shēng)産總值二氧化碳排放(fàng)比2005年下(xià)降60%-65%。” 

       但我(wǒ)國産業結構、能源結構轉型任務仍任重而道遠。

       有研究顯示，能源消費(fèi)是引起碳排放(fàng)增長的主要原因，且兩者之間存在着長期均衡的關系，即我(wǒ)國能源消費(fèi)每增加1%，相應的碳排放(fàng)增加0.78%；有統計表明，我(wǒ)國是全球碳排放(fàng)量最高的國家，碳排放(fàng)量占全球的近三分(fēn)之一(yī)。2019年，全社會碳排放(fàng)約105億噸，其中(zhōng)能源活動碳排放(fàng)約98億噸，占全社會碳排放(fàng)比重約87%。能源種類方面，燃煤發電(diàn)和供熱排放(fàng)占能源活動碳排放(fàng)比重44%，煤炭終端燃燒排放(fàng)占比35%，石油、天然氣排放(fàng)比重分(fēn)别爲15%、6%；能源活動領域方面，能源生(shēng)産與轉換、工(gōng)業領域碳排放(fàng)占能源活動碳排放(fàng)比重分(fēn)别爲47%、36%，其中(zhōng)工(gōng)業領域鋼鐵、建材和化工(gōng)三大(dà)高耗能産業占比分(fēn)别達到17%、8%和6%，除此之外(wài)，交通運輸、建築領域碳排放(fàng)占能源活動碳排放(fàng)比重分(fēn)别爲9%、8%。

1.2. 政策解析

       爲遏制全球變暖的嚴峻趨勢，作爲高速發展的碳排放(fàng)大(dà)國，2020年9月22日第七十五屆聯合國大(dà)會一(yī)般性辯論會上，以及2020年12月12日氣候雄心峰會上，習近平主席兩次向全世界鄭重宣布：中(zhōng)國提高國家自主貢獻力度，力争2030年前碳排放(fàng)達到峰值，努力争取2060年前實現碳中(zhōng)和；到2030年，中(zhōng)國單位GDP二氧化碳排放(fàng)将比2005年下(xià)降65%以上，非化石能源占一(yī)次能源消費(fèi)比重将達到25%左右。

       目前已有127個國家承諾碳中(zhōng)和，這些國家的溫室氣體(tǐ)排放(fàng)量占全球排放(fàng)的50%，經濟總量在全球的占比超過40%。歐盟和美國都表示在2050年實現碳中(zhōng)和，英國、日本、韓國等地區紛紛提出“綠色新政”，拜登将氣候變化置于内外(wài)政策的優先位置，更多發展中(zhōng)國家明确低碳轉型目标。“綠色低碳”将成爲未來很長一(yī)段時間内的各國關鍵詞。

       碳排放(fàng)峰值是指一(yī)個經濟體(tǐ)（地區）二氧化碳的最大(dà)年排放(fàng)值，而碳排放(fàng)達峰是指碳排放(fàng)量在某個時間點達到峰值。核心是碳排放(fàng)量增速持續降低直至負增長。碳中(zhōng)和是指在一(yī)定時間内直接或間接産生(shēng)的溫室氣體(tǐ)排放(fàng)總量，通過植樹(shù)造林、節能減排等形式，以抵消自身産生(shēng)的二氧化碳排放(fàng)量，實現溫室氣體(tǐ)“淨零排放(fàng)”。核心是溫室氣體(tǐ)排放(fàng)量的大(dà)幅降低，最終達到一(yī)個組織的一(yī)年内所有溫室氣體(tǐ)排放(fàng)量與溫室氣體(tǐ)清除量“收支平衡”。

       作爲世界上最大(dà)的發展中(zhōng)國家，中(zhōng)國“3060”的決心要求僅用10年達到峰值、30年降至零排放(fàng)，中(zhōng)和斜率會遠陡峭于歐美，減排速度要超出歐盟一(yī)倍，未來40年的碳中(zhōng)和任務時間緊、任務重。

       碳達峰、碳中(zhōng)和作爲具有時間緊迫性、階段性執行的國家戰略目标，同時也是排放(fàng)與吸收的收支中(zhōng)和過程，量化監測跟蹤是非常重要的環節。政府需要精準監測和管理手段，行業和企業作爲實現碳中(zhōng)和的中(zhōng)堅力量，也需要監管和自我(wǒ)管理、探索優化發展的能力和工(gōng)具。

       當前，我(wǒ)國明确了“雙碳”（碳達峰、碳中(zhōng)和）的總路徑：力争通過對能源、工(gōng)業、交通、建築等重點行業提高能源使用效率和産業結構調整，推進減排，在10年之内，也就是2030年使碳排放(fàng)達到峰值；此後，通過能源系統轉型和碳封存，用30年時間，在2060年實現淨零碳。碳中(zhōng)和的核心概念是碳排放(fàng)量“收支相抵”，是指企業、團體(tǐ)或個人測算在一(yī)定時間内，直接或間接産生(shēng)的溫室氣體(tǐ)排放(fàng)，由植樹(shù)造林、節能減排等形式進行抵消，實現零碳排放(fàng)。依照這樣的概念，實現碳中(zhōng)和主要方法有兩種：（1）碳減排：遏制碳排放(fàng)，節能減排，構建低碳産業體(tǐ)系；（2）碳吸收：維護自然資(zī)源和生(shēng)态環境，植樹(shù)造林，吸收碳排放(fàng)。

 

第二章 “嗅碳”衛星

       “嗅碳”衛星是人造地球衛星中(zhōng)專門用于對地球二氧化碳濃度測量的衛星，“嗅碳”衛星對二氧化碳濃度的測量精度能夠達到百萬分(fēn)之一(yī)，是人們掌握高精度二氧化碳測量數據的得力“幫手”。 目前僅有３顆“嗅碳”衛星在太空中(zhōng)工(gōng)作，分(fēn)别是專門測量大(dà)氣中(zhōng)二氧化碳濃度的美國“軌道碳觀測者２号”、觀測大(dà)氣中(zhōng)二氧化碳和甲烷等濃度的日本“呼吸”号以及我(wǒ)國新發射的首顆碳衛星。

2.1. OCO-2衛星

       軌道碳觀測衛星-2(OCO-2)是美國航空航天局(NASA)第一(yī)顆研究二氧化碳排放(fàng)的衛星。NASA希望通過OCO-2觀測了解陸地與海洋吸收之外(wài)的CO2在全球大(dà)氣中(zhōng)的不均勻分(fēn)布，對碳排放(fàng)、碳循環進行精确地測量，提高對溫室氣體(tǐ)的自然來源與人爲排放(fàng)的理解，改善全球碳循環模型，更好地表征大(dà)氣中(zhōng)CO2的變化，進而更準确地預測全球氣候變化。

       OCO-2将均勻采樣地球陸地和海洋上空的大(dà)氣，在爲期2年時間裏對地球受到太陽照射的一(yī)半區域每天進行50萬次采樣，以确定的精度、分(fēn)辨率和覆蓋率提供區域地理分(fēn)布和季節變化的完整圖像。OCO-2儀器的3個高分(fēn)辨率光譜儀将對太陽進行光學譜監測，聚焦到不同的色帶範圍，分(fēn)析測定特定顔色被CO2和氧分(fēn)子吸收的情況。這些特定顔色被吸收的光量與大(dà)氣中(zhōng)CO2濃度成正比，研究人員(yuán)将在計算模型中(zhōng)引入這些新數據以建立量化全球的碳源與碳彙。

       OCO-2光譜儀的設計目标是測量太陽光經過地表反射之後，太陽光将兩次穿過地球大(dà)氣層。大(dà)氣層中(zhōng)的CO2分(fēn)子和O2分(fēn)子具有非常特殊的光譜特性，因此，當光線抵達OCO-2衛星有效載荷時，太陽光将在這些特殊譜段上損失相應的能量，OCO-2的光栅光譜儀将太陽光散射開(kāi)來，就可以獲取相應譜段上的CO2和O2的吸收能量，從而測量出當地大(dà)氣中(zhōng)CO2和O2的氣體(tǐ)含量。

 

表1 OCO-2載荷的性能指标

載荷	3台共視軸，高分(fēn)辨率成像光栅光譜儀
譜段	O2波段: 0.765 µm CO2波段1: 1.61 µm CO2波段2: 2.06 µm
分(fēn)析能量	> 20,000
光學系統快速參數	f/1.8，高信噪比
掃描幅寬（穿軌向視場角14 mrad）	-星下(xià)點幅寬10.6km（由705km軌道高度和開(kāi)縫寬度決定）
空間分(fēn)辨率	1.29 km×2.25 km
載荷重量、功耗	140kg，105W

 

2.2. GOSAT衛星

       日本環境部、日本國家環境研究所，及日本宇宙航空研究開(kāi)發機構利用溫室氣體(tǐ)觀測衛星"伊吹"（GOSAT）獲得的數據和晴天觀測的數據分(fēn)析，提供全球大(dà)氣中(zhōng)二氧化碳和甲烷的氣柱平均濃度（在垂直地表人的大(dà)氣柱中(zhōng)，單位面積所含相關甲烷量與幹燥空氣量的體(tǐ)積比）的數據産品。采用由此獲得的二氧化碳氣柱平均濃度，用大(dà)氣傳輸模型的反解分(fēn)析（逆模型解析），來測算全球各區域二氧化碳的吸收和排出的淨值情況（來自自然和人爲的二氧化碳的淨吸收排放(fàng)）。

       日本GOSAT是世界上第一(yī)顆專門用于探測大(dà)氣CO2的超光譜衛星。GOSAT的軌道高度爲666km，每天繞地球14圈，回歸周期爲3天，其上搭載的TANSO-FST 傳感器是一(yī)台邁克爾遜幹涉儀，可獲得3個短波紅外(wài)範圍的窄波段（0.76um、1.6 um和 2.0 um）和一(yī)個熱紅外(wài)寬波段（5.5—14.3 um）的吸收超光譜。TANSO-FST的瞬時視場爲15.8 mrad，對應地表水平面高度上的天底“腳印”直徑10.5 km。 TANSO-FST 獲得的超光譜波譜數據經處理可獲得 XCO2産品。

       GOSAT 短波紅外(wài) CO2二級産品是GOSAT單點觀測的大(dà)氣整層的 XCO2，它由 GOSAT 獲取的3個短波紅外(wài)吸收光譜采用最優估計的方法反演得到。GOSAT短波紅外(wài)波譜經雲濾除及其他預處理，獲得可用于反演的無雲吸收光譜，在獲取先驗知(zhī)識基礎上，采用最優估計方法反演大(dà)氣 XCO2，最後經質量濾除，得到整層大(dà)氣的XCO2産品。

       觀測傳感器是GOSAT衛星的核心部門，主要包括：傅裏葉變換光譜儀（FTS）、雲和氣溶膠成像儀（CAI），FTS用于溫室氣體(tǐ)探測，CAI用于同步收集雲和氣溶膠信息。兩者合稱爲TANSO（Thermal And Near-infrared Sensor for carbon Observation）

 

表2 TANSO-FTS傳感器觀測參數

波段	Band 1	Band 2	Band 3	Band 4
光譜範圍（μm）	0.758-0.775	1.56-1.72	1.92-2.08	5.56-14.3
光譜分(fēn)辨率（mm）	0.2
觀測目标	O2	CO2、CH4、H2O	CO2、CH4、H2O、卷雲	CO2、CH4、卷雲
極化方式	P、S			無
信噪比	>300

 

表3 TANSO-CAI主要參數

波段	Band 1	Band 2	Band 3	Band 4
光譜範圍（μm）	0.370-0.390	0.668-0.688	0.860-0.880	1.56-1.65
中(zhōng)心波長（μm）	0.380	0.674	0.870	1.6
觀測目标	雲層、氣溶膠
觀測幅寬（km）	1000			750
星下(xià)點空間分(fēn)辨率（m）	500			1500

 

GOSAT衛星産品：

       JAXA負責将接收的原始數據（L0級數據）處理爲L1級光譜産品後，由NIES負責開(kāi)發數據處理算法、驗證數據整理，并分(fēn)發管理更高級别的數據産品；NOE負責推動數據産品的應用。按照數據處理過程，GOSAT産品可以分(fēn)爲以下(xià)幾個級别：

       （1）L0級産品：地面接收站接收到的原始幹涉圖、相應的未定标圖像數據級輔助數據。

       （2）FTS-L1A産品：包括原始幹涉圖、定标數據、時間記錄信息

       傳感器狀态參數和尺度轉換相關參數。

       （3）FTS-SWIR L1B産品：經過相位校正、傅裏葉逆變換，并經過輻射定标、光譜定标、幾何定位後的短波紅外(wài)光譜數據。

       （4）FTS-TIR L1B産品：經過黑體(tǐ)輻射定标後的熱紅外(wài)光譜數據。

       （5）CAI L1B産品：經過輻射定标、幾何校正後的光譜數據。

       （6）FTS-SWIR L2産品：根據CO2和CH4吸收光譜反演得到的CO2和CH4平均柱濃度。

       （7）FTS-TIR L2産品：利用FTS熱紅外(wài)波段反演得到的CO2和CH4垂直廓線資(zī)料。

       （8）CAI L2産品：雲标示産品。

       （9）FTS L3産品：根據CO2和CH4濃度數據，經過克裏金插值後得到的全球2.5°×2.5°月平均濃度分(fēn)布數據。

       （10）CAI L3産品：包括全球輻射分(fēn)布、全球反照率産品、NDVI、全球雲及氣溶膠屬性産品。

       （11）L4A級産品：全球劃分(fēn)爲64個區域，利用FTS-SWIR L2數據結合地表觀測數據，經大(dà)氣傳輸模型反演得到的CO2月平均通量産品。

       （12）L4B級産品：基于L4A産品得到的全球2.5°×2.5°，6h平均三維CO2濃度産品。

 

2.3. TANSAT衛星

       碳衛星（TANSAT）是由中(zhōng)國自主研制的首顆全球大(dà)氣二氧化碳觀測科學實驗衛星。

       碳衛星總質量620千克，搭載一(yī)體(tǐ)化設計的兩台科學載荷，分(fēn)别是高光譜二氧化碳探測儀以及起輔助作用的多譜段雲與氣溶膠探測儀。

       TANSAT衛星主要有3種觀測模式，分(fēn)别是天底模式、耀斑模式和目标模式。探測儀器的視線指向當地的最低點（即天底觀測模式，Nadir observation） 或者是閃爍的光點（即耀斑觀測模式，Glint observation），還可以瞄準選定的地球表面校準和驗證點（即目标觀測模式，Target observation）。Nadir觀測模式提供了最佳的水平空間分(fēn)辨率，并有望在部分(fēn)多雲地區或地形上産生(shēng)更多有用的 XCO2探測。Glint觀測模式在黑暗、鏡面表面有比較大(dà)的信噪比，預計在海洋上會産生(shēng)更有用的探測結果。通常，碳衛星在Nadir觀測模式和Glint觀測模式之間交替進行。Target觀測是在碳衛星驗證點上進行的，并收集成千上萬的觀測數據，大(dà)量的測量減少了随機誤差的影響，并提供了識别目标附近XCO2場空間變異性的信息。

       目前，碳衛星已經對外(wài)共享了經過定标後的L1B光譜數據集，所有産品文件都是以層次型科學數據格式HDF-5發布。這種格式有助于創建邏輯數據結構，通過将數據産品組織到文件夾和子文件夾中(zhōng)，每個文件對應一(yī)個軌道連續模式的數據集。

 

表4 中(zhōng)國碳衛星技術參數表

中(zhōng)國碳衛星技術參數
軌道類型	太陽同步軌道
軌道标稱高度	712千米
軌道傾角	98.16º
軌道保持偏心率	≤0.002272
軌道周期	98.89分(fēn)鍾
升交點地方時	13:30
姿态穩定方式	三軸穩定
衛星發射重量	620千克
衛星平均功率	600瓦
衛星在軌飛行尺寸	1.50米×1.80米×1.85米 [6]
設計壽命	3年 [12]

 

載荷設備：

       1、高光譜溫室氣體(tǐ)探測儀

       碳衛星搭載了一(yī)台高空間分(fēn)辨率的高光譜溫室氣體(tǐ)探測儀，高光譜與高空間分(fēn)辨率大(dà)氣二氧化碳探測儀(Atmospheric Carbon-dioxide Grating Spectrometer ACGS)：重約170kg，功率約爲700w，其基于大(dà)氣吸收池原理，利用對地球反射的近紅外(wài)/短波紅外(wài)太陽輻射對大(dà)氣中(zhōng)二氧化碳的含量進行探測，獲取高精度的大(dà)氣吸收光譜。對吸收光譜的強弱進行嚴格定量測量，綜合氣壓、溫度等輔助信息并排除大(dà)氣懸浮微粒等幹擾因素，應用反演算法即可計算出衛星在觀測路徑上二氧化碳的柱濃度。通過對全球柱濃度的序列分(fēn)析，并借助數據同化系統的一(yī)系列模型，可推演出全球二氧化碳的通量變化。本載荷采用大(dà)面積衍射光栅對吸收光譜進行細分(fēn)，能夠探測2.06μm、1.6μm、0.76μm 三個大(dà)氣吸收光譜通道，最高分(fēn)辨率達到0.04nm。

       探測儀的工(gōng)作原理，是在可見光和近紅外(wài)譜段，利用分(fēn)子吸收譜線探測二氧化碳等溫室氣體(tǐ)濃度。高光譜二氧化碳探測儀設有3個通道，其中(zhōng)，在760納米的O2-A通道的光譜分(fēn)辨率最高可以達到0.04納米，能夠捕獲植被日光誘導葉綠素熒光對Fe（758納米）和KI（771納米）兩個太陽弗朗霍夫暗線的填充效應，從而不僅能對全球大(dà)氣中(zhōng)二氧化碳濃度進行動态監測，還能高精度反演植被葉綠素熒光。衛星尺度葉綠素熒光能夠精确估算全球植被光合生(shēng)産力，結合同步反演的大(dà)氣二氧化碳濃度數據，二者協同将能夠極大(dà)提升全球碳源彙觀測能力。

 

表5 高空間分(fēn)辨率的高光譜溫室氣體(tǐ)探測儀參數表

光譜範圍（nm）	通道數量	光譜分(fēn)辨率（nm）	信噪比	監測對象
758-776	1024	0.044	360	O2含量（A帶）
1594-1624	512	0.125	250	CO2含量（弱吸收帶）
2041-2081	512	0.165	180	CO2含量（強吸收帶）

 

2、雲與氣溶膠偏振成像儀

       碳衛星還搭載了一(yī)台多譜段的雲與氣溶膠偏振成像儀，成像儀可以測量雲、大(dà)氣顆粒物(wù)等輔助信息，爲科學家精确反向推演二氧化碳濃度剔除幹擾因素，還可以幫助氣象學家提高天氣預報的準确性，并爲研究PM2.5等大(dà)氣污染成因提供重要數據支撐。

       作爲中(zhōng)國首顆碳衛星載荷，高光譜溫室氣體(tǐ)探測儀、雲與氣溶膠偏振成像儀爲溫室氣體(tǐ)排放(fàng)、碳核查等領域的研究提供基礎數據，爲節能減排等宏觀決策提供數據支撐，增加了中(zhōng)國在國際碳排放(fàng)方面的話(huà)語權。

 

表6 多譜段雲與氣溶膠偏振成像儀參數表

中(zhōng)心波長（nm）	光譜帶寬（nm）	極化角度	空間分(fēn)辨率（m）
380	43	-	250
670	50	0°,60°,120°	250
870	30	-	250
1375	30	-	1000
1640	20	0°,60°,120°	1000

 

第三章 衛星遙感對雙碳政策的技術支持

3.1. 熱紅外(wài)遙感數據支持

       熱紅外(wài)遙感是利用熱紅外(wài)波段研究地球物(wù)質特性的技術手段，可以獲取地球表面溫度，在城市熱島效應、林火(huǒ)監測、旱災監測等領域有很好的應用價值。

 

表7 主要星載熱紅外(wài)傳感器

傳感器	衛星平台	熱紅外(wài)波段數	熱紅外(wài)光譜範圍 （μm）	空間分(fēn)辨率	寬幅
ASTER高級空間熱輻射熱反射探測器	EOS (美國)	5	8.125-8.475 8.475-8.825 8.925-9.275 10.25-10.95 10.95-11.65	90m	60kmx60km
AVHRR甚高分(fēn)辨率輻射儀	NOAA (美國)	3	3.55-3.93 10.30-11.30 11.50-12.50	1.1km	2800km
MODIS中(zhōng)等高分(fēn)辨率成像光譜輻射儀	EOS （美國）	16	20：3.660-3.840 21：3.929-3.989 22：3.929-3.989 23：4.020-4.080 24：4.433-4.498 25：4.482-4.549 27：6.535-6.895 28：7.175-7.475 29：8.400-8.700 30：9.580-9.880 31：10.780-11.280 32：11.770-12.270 33：13.185-13.485 34：13.485-13.785 35：13.785-14.085 36：14.085-14.385	1km
ETM+/TM6	Landsat （美國）	1	10.0-12.9 10.4-12.5	60m（重采樣爲30米） 120m	185kmx185km
IRS紅外(wài)相機	HJ-1A/B (中(zhōng)國)	2	3.50 -3.90 10.5-12.5	150m 300m	720kmx720km
Landsat8 TIRS	Landsat （美國）	2	10.60-11.20 11.50-12.50	100（重采樣爲30米）	185kmx185km

 

       針對雙碳政策，利用熱紅外(wài)遙感技術進行對地溫度反演，對于監測全球氣候變暖也被廣泛的關注，近年來，與地表溫度（LST）反演、大(dà)氣輻射傳輸有關的應用需求增長較快，大(dà)氣輻射傳輸的過程研究與定量化反演蓬勃發展，如大(dà)氣輻射傳輸理論模型。

       此外(wài)，CO2濃度的時空分(fēn)布梯度與地表碳通量呈相關關系，熱紅外(wài)波長大(dà)與4微米，大(dà)氣散射輻射不僅是大(dà)氣溫度的函數，而且也是大(dà)氣内部組成的函數。對于一(yī)個特定波長，吸收系數與大(dà)氣組成、溫度和壓力有關。一(yī)般大(dà)氣對熱紅外(wài)輻射的衰減主要是由氣體(tǐ)分(fēn)子的吸收和氣體(tǐ)分(fēn)子、氣溶膠的散射所引起的，大(dà)氣對熱紅外(wài)的吸收體(tǐ)主要是CO2、水汽和O3：

       O3吸收帶爲9.6微米，但于航空遙感而言，O3在低空分(fēn)布較少，可以不予考慮；水在低空一(yī)般以氣态形态存在，水蒸氣在8.0-12.5微米爲連續吸收帶，H2O中(zhōng)心吸收帶爲6.3微米；CO2主要吸收帶爲4.3微米、15微米，在8.0-12.5微米無強吸收帶，在9.4微米和10.4微米有弱吸收帶。熱紅外(wài)探測的主要估算方法是通過已知(zhī)大(dà)氣溫度廓線推算吸收氣體(tǐ)濃度及吸收系數，一(yī)般來說，随着氣體(tǐ)濃度的增大(dà)，相應的波段可探測到的大(dà)氣層也越高。通過利用已知(zhī)的溫度廓線調整測量和模拟的輻射值，可估算吸收氣體(tǐ)濃度。

       通過大(dà)氣傳輸反演模型，可以估算與大(dà)氣濃度分(fēn)布相一(yī)緻的碳通量的空間分(fēn)布，在熱紅外(wài)波段，地表溫度和大(dà)氣輻射明顯高于太陽輻射及地表和大(dà)氣反射，但當波長小(xiǎo)于3微米時，地球觀測衛星儀器系統可以觀測太陽輻射、地表反射以及大(dà)氣散射的輻射。反射表現出能夠反映輻射傳輸過程的一(yī)些波譜變化。所謂“大(dà)氣窗口”波譜段，就是透過率較高，大(dà)氣輻射随地表反射函數而變化的波段。在其他的波段，電(diàn)磁波通過大(dà)氣層時較多被吸收，測量結果是大(dà)氣吸收物(wù)質數量的函數。高波譜分(fēn)辨率觀測技術可以識别不同氣體(tǐ)的吸收線，從相對深度中(zhōng)獲取不同大(dà)氣分(fēn)子的濃度數據。

 

圖1 不同大(dà)氣成分(fēn)的大(dà)氣窗口

 

3.2. “一(yī)張圖”處理分(fēn)析

       針對雙碳政策，集合遙感、土地利用、社會經濟地理數據以及基礎地理信息等多源信息，共同構建統一(yī)的“雙碳”時空監管平台，助力推進“雙碳”與時空大(dà)數據結合，探索碳的時空分(fēn)布特征，對碳排放(fàng)量和空間分(fēn)布、強度進行量化客觀監測和溯源，實現資(zī)源開(kāi)發利用的動态監管。

       首先，建立“雙碳”專題數據庫，統一(yī)管理多源異構數據，整合海量時空地理數據、遙感影像數據、三維動态建模數據以及各級各類圖表數據規範化管理，滿足各級各類數據管理需要。

       其次，“雙碳”時空信息多維度分(fēn)析，梳理數據與各業務流程之間的邏輯關系，加強空間分(fēn)析能力，實現海量空間數據快速組織，實現檢查入庫、數據更新、編輯查詢、統計輸出、交換發布等一(yī)體(tǐ)化數據綜合管理，增強快速響應多用戶、大(dà)數據下(xià)的數據服務能力。

       最後，優化“雙碳”時空大(dà)數據可視化展示，優化可視化渲染效果，二維地圖與三維建模相結合，多維度展現“雙碳”時空分(fēn)布特點。

 

圖2 中(zhōng)國大(dà)氣XCO2平均濃度示意圖

 

 

圖3 2015年全球平均二氧化碳濃度（NASA）

 

3.3. CO2氣體(tǐ)大(dà)氣層的柱濃度監測

       CO2的柱平均幹空氣柱濃度摩爾分(fēn)數 （簡稱CO2的平均柱濃度） 是将二氧化碳柱總量用同時從O2-A帶反演得到的氧氣柱總量歸一(yī)化後得到的。因爲 O2分(fēn)子在空氣中(zhōng)的變化十分(fēn)微小(xiǎo)，是一(yī)種被廣泛認可的、可以準确計算空氣柱含量的氣體(tǐ)。所以近地面CO2平均柱濃度 （幹燥空氣下(xià)）可以表達爲：

XCO2=CO2col/（O2col/O2mf）

       式中(zhōng)：XCO2表示CO2平均柱濃度（幹燥空氣下(xià)），單位爲mg/L；CO2col表示反演的CO2的絕對柱總量，單位爲mol/cm2；O2col表示反演的O2絕對柱總量，單位爲mol/cm2；O2mf爲轉換常數，用于将O2的柱含量轉化爲幹燥空氣的柱含量，一(yī)般取值爲0.2095。CO2絕對柱總量和O2絕對柱總量是分(fēn)别反演得到的。

       通過嗅碳衛星，如TANSAT，結合氣溶膠數據和HITRAN2012大(dà)氣分(fēn)子吸收譜數據庫可以對CO2氣體(tǐ)大(dà)氣層的柱濃度進行反演估算。

 

圖4 全球XCO2 數據時空尺度統合後的月均值