我国成功把二氧化碳探测主动激光雷达“搬上天”

大气环境监测卫星。   来源：中国气象局

科普时报记者  胡利娟

（来源：中国科普网）4月16日，记者从中国气象局获悉，我国在太原卫星发射中心采用长征四号丙运载火箭发射大气环境监测卫星。随着这颗卫星的入轨，我国在全世界第一次成功把二氧化碳探测的主动激光雷达“搬上天”，以期实现对地球大气二氧化碳的全天时、高精度探测。

大气环境监测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》中的一颗科研卫星，卫星和运载火箭系统均由中国航天科技集团有限公司第八研究院抓总研制，中国气象局作为该星的主用户之一，重点关注和推进星上二氧化碳探测主动激光雷达载荷的立项研制。该星于2015年1月先期攻关立项，2017年8月工程研制立项，历经7年时间攻克了多项技术难题。在中国气象局的支持下，作为该星的工程应用系统副总师，张兴赢组织协调了国内不同机构的科研人员瞄准星载主动激光雷达的数据处理技术持续开展攻关。

“大气环境监测卫星最大的特点是搭载主动激光雷达载荷，不仅可以获取云和气溶胶的垂直分布信息，更重要的是可以通过星上的激光雷达实现全球大气二氧化碳高精度探测。”中国气象局国家卫星气象中心副主任、大气环境监测卫星工程应用系统副总师张兴赢研究员介绍说，相比于被动遥感，主动激光雷达不需要依赖于太阳光，主要是从卫星向地面发射多个波长的脉冲激光，激光穿过大气层时碰到气溶胶颗粒物、云和大气化学成分（如空气中的二氧化碳）等发生散射或者吸收，利用这些变化特征可以非常敏锐地捕捉大气中这些成分的变化，因此不受白天黑夜影响，可以全天候观测；也不受纬度带的影响，可以全球观测，因此可以获取更多有效的二氧化碳高精度观测数据。

除了主动激光雷达载荷外，大气环境监测卫星还搭载有高精度偏振扫描仪、多角度偏振成像仪、紫外高光谱大气成分探测仪及宽幅成像光谱仪等被动探测载荷，可对大气细颗粒物、气态污染物、云和气溶胶等大气环境要素进行综合监测，将与我国的风云系列气象卫星开展协同观测，织就一张更加精密的全球大气环境天基观测网。

“由于星上二氧化碳探测的主动激光雷达是全球首发，因此，无论是雷达的高精度制造还是数据的高精度处理技术，都是巨大挑战。”张兴赢透露，目前，科研团队已经为卫星正式工作做好了数据处理技术储备。后续将尽快推动卫星产品和数据投入应用，为双碳目标提供更加精准的科技支撑。

“十四五”期间，风云三号气象卫星后续星将搭载被动高光谱探测仪并正式开展全球温室气体业务探测，国家民用空间基础设施计划中还将发射一颗高精度温室气体综合探测卫星。届时，我国将建成多星组网、主被动联合的全球碳监测星座。

“希望我国的碳监测星座可以为碳达峰和碳中和的国家战略方针实施起到更有力的科技支撑。”张兴赢称，这不仅造福中国，也惠及全球，为应对全球气候变化提供更多更高精度的碳监测数据。

据了解，2009年以来，日本、美国、中国先后发射了多颗温室气体观测卫星，中国从2016年开始通过全球二氧化碳科学实验卫星、风云三号气象卫星D星、高分五号卫星，开展了多星温室气体遥感探测。不过，此前全球范围所有的卫星温室气体观测主要依托高光谱温室气体探测仪，即被动光学遥感，因此只能在白天有太阳的时候探测，也不能覆盖高纬度的南北极地区，同时观测数据还受限于云、气溶胶的影响，因此探测的有效数据有限。另外，被动观测遥感受地表反射和大气散射的影响，定量探测精度也受到限制。