下一代碳監控衛星告別「紙上談兵」

來自計算機模型的大氣模擬追蹤了二氧化碳如何在大氣中擴散。圖片來源：NASA

目前，僅有兩顆衛星從太空監控地球的溫室氣體排放。不過，如果全球重要的太空機構能夠發力，從2030年開始，諸多此類探測器將會被發射。這項雄心勃勃的計劃將幫助氣候學家改進他們的預測，並且有助於查證各國是否正在遵守其減少溫室氣體排放的承諾。

不過，研究人員將需要清除一系列艱巨的政治和技術障礙，前提是他們想讓這個預估花費達幾十億美元的系統取得進展。對贏得衛星發射機會的競爭是激烈的：比如，歐空局擱置了一項先進的二氧化碳監控探測器計劃，轉而支持一個測量植物生長的項目。科學家仍然必須證明，對二氧化碳、甲烷等氣體進行的衛星測量，可同地球上觀測所獲數據的準確性相媲美。

「我們擁有一個正在發射的小型衛星『艦隊』，但它們都只是科學試驗。」美國宇航局（NASA）「軌道碳觀測者2號」（OCO-2）科學團隊負責人David Crisp表示，「我們現在正試圖做的，只是弄清楚如何從太空監控溫室氣體。」

科學家從兩顆具有開創性的衛星上獲取數據：於2014年發射、測量二氧化碳的OCO-2，以及於2009年發射、追蹤二氧化碳和甲烷的日本溫室氣體觀測衛星（GOSAT）。NASA和日本宇宙航空研究開發機構正致力於校正不相容的儀器，並且形成一個地基監測站網路。

Crisp介紹說，兩個探測器都具有約5%的誤差範圍，而他的團隊想將OCO-2的測量值誤差減少到0.25%。

與此同時，各國正競相發射一系列新衛星，以便為較大規模的監控計劃奠定基礎。今年，中國將發射兩顆二氧化碳監控衛星，而日本計劃於2018年發射GOSAT-2。NASA正期待著最早於2018年將OCO-3發射升空。和其「前任」不同，OCO-3將不是一顆自由飛行的衛星，而是一台由OCO-2零配件組建並被安裝到國際空間站上的光譜儀。

Crisp表示，NASA科學家知道如何研製一台比OCO-2光譜儀強大20倍的儀器，但該機構沒有建造及發射的資金。「我甚至無法競爭這筆經費。」他說，「因為它根本不存在。」目前，NASA正在研製一顆名為ASCENDS的衛星。ASCENDS將利用激光測量二氧化碳，並且和OCO-2不同，其能在夜晚和高緯度的冬天追蹤這種氣體。

這些衛星將延續從2002年開始利用SCIAMACHY測量二氧化碳的連續記錄。SCIAMACHY是歐空局Envisat探測器上的一台光譜儀。到2030年，全球太空機構想將這個特定的系統轉變成由約6台探測器組成的協調「艦隊」。

近日，60多個機構共同制定了一份聲明。該聲明設立了遠大的目標，即研發、應用新監控技術並且共享由此獲得的數據。去年，在12月的聯合國氣候峰會於巴黎召開前，法國啟動了此項努力。在那次會議上，各國通過了一項抑制溫室氣體排放的協議，並且承諾提出證明其正在實現氣候目標的方法。新生的衛星計劃將幫助各國達到這一要求。

「雖然該計劃還很籠統，但卻是一個開端。」法國國家空間研究中心（CNES）主任Jean-Yves Le Gall表示，該團隊正討論如何在9月於墨西哥舉行的會議前，分配並利用來自該系統的數據。

對於很多研究人員來說，CNES的努力是一個頗受歡迎的驚喜。「我認為這很重要。」德國布萊梅大學遙感專家Heinrich Bovensmann表示，「現在，我們要看能從中獲得什麼結果。」

目前這一代衛星測量的是既定空氣柱中有多少二氧化碳。不過，科學家和政府真正想知道的是，這些二氧化碳來自何處。為查明工業活動產生的氣體排放，研究人員還必須確定有多少二氧化碳被陸地和海洋生態系統吸收、釋放。

這就要求將大氣中的二氧化碳測量值同關於自然環境如何吸收並釋放氣體的信息相結合，並且把這些數據併入詳細的氣流模型，以便追蹤二氧化碳可能來自何處。本質上，此項任務要求研發一些同現有天氣預報系統類似但卻反過來運行的東西。

普林斯頓大學氣候研究人員Stephen Pacala介紹說，達到查實各國是否正在實現其減排目標所需的精確度是一項難以完成的任務。他認為，和目前的溫室氣體統計相比，這些衛星需要更加精確。現有方法利用了關於化石燃料消耗以及經濟和土地使用趨勢的各種數據。不過，Crisp和同事確信，他們會獲得對科學家和政策制定者均有用的溫室氣體數據。（宗華）

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