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下一代碳监控卫星告别“纸上谈兵”
来源:     作者:      2016-10-08 16:55       

来自计算机模型的大气模拟追踪了二氧化碳如何在大气中扩散。图片来源:NASA

 

目前,仅有两颗卫星从太空监控地球的温室气体排放。不过,如果全球重要的太空机构能够发力,从2030年开始,诸多此类探测器将会被发射。这项雄心勃勃的计划将帮助气候学家改进他们的预测,并且有助于查证各国是否正在遵守其减少温室气体排放的承诺。

不过,研究人员将需要清除一系列艰巨的政治和技术障碍,前提是他们想让这个预估花费达几十亿美元的系统取得进展。对赢得卫星发射机会的竞争是激烈的:比如,欧空局搁置了一项先进的二氧化碳监控探测器计划,转而支持一个测量植物生长的项目。科学家仍然必须证明,对二氧化碳、甲烷等气体进行的卫星测量,可同地球上观测所获数据的准确性相媲美。

“我们拥有一个正在发射的小型卫星‘舰队’,但它们都只是科学试验。”美国宇航局(NASA)“轨道碳观测者2号”(OCO-2)科学团队负责人David Crisp表示,“我们现在正试图做的,只是弄清楚如何从太空监控温室气体。”

科学家从两颗具有开创性的卫星上获取数据:于2014年发射、测量二氧化碳的OCO-2,以及于2009年发射、追踪二氧化碳和甲烷的日本温室气体观测卫星(GOSAT)。NASA和日本宇宙航空研究开发机构正致力于校正不相容的仪器,并且形成一个地基监测站网络。

Crisp介绍说,两个探测器都具有约5%的误差范围,而他的团队想将OCO-2的测量值误差减少到0.25%。

与此同时,各国正竞相发射一系列新卫星,以便为较大规模的监控计划奠定基础。今年,中国将发射两颗二氧化碳监控卫星,而日本计划于2018年发射GOSAT-2。NASA正期待着最早于2018年将OCO-3发射升空。和其“前任”不同,OCO-3将不是一颗自由飞行的卫星,而是一台由OCO-2零配件组建并被安装到国际空间站上的光谱仪。

Crisp表示,NASA科学家知道如何研制一台比OCO-2光谱仪强大20倍的仪器,但该机构没有建造及发射的资金。“我甚至无法竞争这笔经费。”他说,“因为它根本不存在。”目前,NASA正在研制一颗名为ASCENDS的卫星。ASCENDS将利用激光测量二氧化碳,并且和OCO-2不同,其能在夜晚和高纬度的冬天追踪这种气体。

这些卫星将延续从2002年开始利用SCIAMACHY测量二氧化碳的连续记录。SCIAMACHY是欧空局Envisat探测器上的一台光谱仪。到2030年,全球太空机构想将这个特定的系统转变成由约6台探测器组成的协调“舰队”。

近日,60多个机构共同制定了一份声明。该声明设立了远大的目标,即研发、应用新监控技术并且共享由此获得的数据。去年,在12月的联合国气候峰会于巴黎召开前,法国启动了此项努力。在那次会议上,各国通过了一项抑制温室气体排放的协议,并且承诺提出证明其正在实现气候目标的方法。新生的卫星计划将帮助各国达到这一要求。

“虽然该计划还很笼统,但却是一个开端。”法国国家空间研究中心(CNES)主任Jean-Yves Le Gall表示,该团队正讨论如何在9月于墨西哥举行的会议前,分配并利用来自该系统的数据。

对于很多研究人员来说,CNES的努力是一个颇受欢迎的惊喜。“我认为这很重要。”德国布莱梅大学遥感专家Heinrich Bovensmann表示,“现在,我们要看能从中获得什么结果。”

目前这一代卫星测量的是既定空气柱中有多少二氧化碳。不过,科学家和政府真正想知道的是,这些二氧化碳来自何处。为查明工业活动产生的气体排放,研究人员还必须确定有多少二氧化碳被陆地和海洋生态系统吸收、释放。

这就要求将大气中的二氧化碳测量值同关于自然环境如何吸收并释放气体的信息相结合,并且把这些数据并入详细的气流模型,以便追踪二氧化碳可能来自何处。本质上,此项任务要求研发一些同现有天气预报系统类似但却反过来运行的东西。

普林斯顿大学气候研究人员Stephen Pacala介绍说,达到查实各国是否正在实现其减排目标所需的精确度是一项难以完成的任务。他认为,和目前的温室气体统计相比,这些卫星需要更加精确。现有方法利用了关于化石燃料消耗以及经济和土地使用趋势的各种数据。不过,Crisp和同事确信,他们会获得对科学家和政策制定者均有用的温室气体数据。(宗华)