近日，我院精密機(jī)械與精密儀器系張成歆特任副研究員、劉誠教授團(tuán)隊圍繞我國首顆碳衛(wèi)星（TanSat）反演所面臨的技術(shù)難題，歷時五年自主開發(fā)了適用于多種觀測模式和地表的大氣CO2反演技術(shù)，首次實現(xiàn)了占全球總表面71%的海洋大氣CO2高精度探測。其中，碳衛(wèi)星天底（nadir）和耀斑（sun-glint）觀測模式下的CO2探測精度分別達(dá)到了1.28和1.19 ppm，CO2空間覆蓋率達(dá)到了日本GOSAT衛(wèi)星的3.5倍，與美國OCO-2衛(wèi)星的同步觀測結(jié)果差異在0.16%之內(nèi)。自主研發(fā)的國產(chǎn)碳衛(wèi)星遙感結(jié)果準(zhǔn)確性經(jīng)國際同行專家嚴(yán)格評審，最終以“First TanSat CO2retrieval over land and ocean using both nadir and glint spectroscopy”為題發(fā)表于遙感領(lǐng)域國際知名期刊《Remote Sensing of Environment》（IF=13.5）。
超光譜衛(wèi)星的碳監(jiān)測技術(shù)憑借非接觸式、觀測范圍廣、采樣頻率高、時空連續(xù)性強(qiáng)、探測成本低等優(yōu)勢成為了全球大氣CO2探測最重要的手段之一。目前，突破國產(chǎn)碳衛(wèi)星的高精度監(jiān)測瓶頸是助力我國“雙碳”重大戰(zhàn)略實施的關(guān)鍵技術(shù)。我國首顆碳衛(wèi)星TanSat是繼日本GOSAT和美國OCO-2兩顆 “標(biāo)桿衛(wèi)星”后全球第三顆“嗅碳”衛(wèi)星。自2016年12月發(fā)射以來，從TanSat一級光譜數(shù)據(jù)中獲取全球尺度高精度CO2濃度產(chǎn)品的研究一直是國內(nèi)的熱點。但此前受限于載荷性能衰減、光譜信噪比不足、海洋區(qū)域反照率低等因素，相關(guān)的研究成果僅局限于天底模式的陸地觀測，而耀斑模式和海洋區(qū)域的CO2反演長期處于空白。
在本研究中，研究團(tuán)隊全面評估了TanSat的在軌儀器特性，完成了一系列關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，研發(fā)了針對TanSat光譜特征的在軌波長二次定標(biāo)修正技術(shù)、近紅外輻射傳輸模式修正技術(shù)、最優(yōu)反演配置自適應(yīng)更新技術(shù)、雙通道同步遙感反演技術(shù)等，解決了TanSat光譜波長偏移、輻亮度偏差、光譜噪聲、反演窗口不穩(wěn)定等問題，有效地提升了光譜質(zhì)量，大幅度提高了反演的成功率和準(zhǔn)確性。同時，團(tuán)隊全面改進(jìn)和完善了近紅外氣體反演算法的配置和參數(shù)，如構(gòu)建高時空分辨率的先驗氣體參考譜數(shù)據(jù)庫、重建高精度太陽輻照度光譜、建立雙反演通道多維大氣質(zhì)量因子查找表等。最終，團(tuán)隊首次實現(xiàn)了國產(chǎn)一代碳星多種觀測模式下全球CO2的高精度反演工作，反演結(jié)果各項性能指標(biāo)與國際最新一代碳監(jiān)測衛(wèi)星產(chǎn)品相當(dāng)。
目前，全球首輪“碳盤點”已經(jīng)開啟，作為一個負(fù)責(zé)任大國，我國擔(dān)任著重要角色，CO2的全球尺度天基觀測的重要性日益凸顯出來，這既是重要機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。本研究成果將促進(jìn)構(gòu)建獨立自主的國產(chǎn)衛(wèi)星的全球CO2業(yè)務(wù)監(jiān)測體系，為順利完成全球“碳盤點”提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，助力“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的早日實現(xiàn)。下一步，團(tuán)隊將立足下一代國產(chǎn)碳盤點衛(wèi)星任務(wù)，繼續(xù)深入研究、持續(xù)發(fā)力。
圖1中國科大團(tuán)隊反演的碳衛(wèi)星柱CO2濃度產(chǎn)品
圖2 TanSatCO2結(jié)果與地基觀測網(wǎng)絡(luò)TCCON的對比驗證
圖3 TanSat與美國OCO-2衛(wèi)星同步觀測結(jié)果對比
附論文信息：
Hong, X., Zhang, C., Tian, Y., Zhu, Y., Hao, Y., & Liu, C. (2024). First TanSat CO2 retrieval over land and ocean using both nadir and glint spectroscopy.Remote Sensing of Environment, 304, 114053.https://doi.org/10.1016/j.rse.2024.114053
（工程科學(xué)學(xué)院、科研部）
