第一章 雙碳政策背景
1.1. 現狀分析
自工業(yè)革命以來(lái)，由于化石燃料的燃燒、工業(yè)排放等人類(lèi)活動(dòng)的快速增加，全球大氣 CO2 濃度逐年以約 2×10－6的增速升高，已成為導致全球變暖的重要原因。近年來(lái)，為減緩大氣 CO2 濃度的持續升高以遏制全球變暖，各國均制定了相關(guān)減排政策。在經(jīng)濟社會(huì )快速發(fā)展的同時(shí)，我國加快推進(jìn)綠色低碳轉型、積極參與全球氣候治理，取得了顯著(zhù)成效。面對全球氣候變化和能源消耗問(wèn)題，我國積極履行國際職責，先后簽訂《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、《京都議定書(shū)》，并在2015年巴黎氣候大會(huì )上提出“二氧化碳排放2030年左后達到峰值并爭取盡早達峰，單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%?！?nbsp;
但我國產(chǎn)業(yè)結構、能源結構轉型任務(wù)仍任重而道遠。
有研究顯示，能源消費是引起碳排放增長(cháng)的主要原因，且兩者之間存在著(zhù)長(cháng)期均衡的關(guān)系，即我國能源消費每增加1%，相應的碳排放增加0.78%；有統計表明，我國是全球碳排放量最高的國家，碳排放量占全球的近三分之一。2019年，全社會(huì )碳排放約105億噸，其中能源活動(dòng)碳排放約98億噸，占全社會(huì )碳排放比重約87%。能源種類(lèi)方面，燃煤發(fā)電和供熱排放占能源活動(dòng)碳排放比重44%，煤炭終端燃燒排放占比35%，石油、天然氣排放比重分別為15%、6%；能源活動(dòng)領(lǐng)域方面，能源生產(chǎn)與轉換、工業(yè)領(lǐng)域碳排放占能源活動(dòng)碳排放比重分別為47%、36%，其中工業(yè)領(lǐng)域鋼鐵、建材和化工三大高耗能產(chǎn)業(yè)占比分別達到17%、8%和6%，除此之外，交通運輸、建筑領(lǐng)域碳排放占能源活動(dòng)碳排放比重分別為9%、8%。
1.2. 政策解析
為遏制全球變暖的嚴峻趨勢，作為高速發(fā)展的碳排放大國，2020年9月22日第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論會(huì )上，以及2020年12月12日氣候雄心峰會(huì )上，習近平主席兩次向全世界鄭重宣布：中國提高國家自主貢獻力度，力爭2030年前碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和；到2030年，中國單位GDP二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右。
目前已有127個(gè)國家承諾碳中和，這些國家的溫室氣體排放量占全球排放的50%，經(jīng)濟總量在全球的占比超過(guò)40%。歐盟和美國都表示在2050年實(shí)現碳中和，英國、日本、韓國等地區紛紛提出“綠色新政”，拜登將氣候變化置于內外政策的優(yōu)先位置，更多發(fā)展中國家明確低碳轉型目標?！熬G色低碳”將成為未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間內的各國關(guān)鍵詞。
碳排放峰值是指一個(gè)經(jīng)濟體（地區）二氧化碳的最大年排放值，而碳排放達峰是指碳排放量在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)達到峰值。核心是碳排放量增速持續降低直至負增長(cháng)。碳中和是指在一定時(shí)間內直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過(guò)植樹(shù)造林、節能減排等形式，以抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實(shí)現溫室氣體“凈零排放”。核心是溫室氣體排放量的大幅降低，最終達到一個(gè)組織的一年內所有溫室氣體排放量與溫室氣體清除量“收支平衡”。
作為世界上最大的發(fā)展中國家，中國“3060”的決心要求僅用10年達到峰值、30年降至零排放，中和斜率會(huì )遠陡峭于歐美，減排速度要超出歐盟一倍，未來(lái)40年的碳中和任務(wù)時(shí)間緊、任務(wù)重。
碳達峰、碳中和作為具有時(shí)間緊迫性、階段性執行的國家戰略目標，同時(shí)也是排放與吸收的收支中和過(guò)程，量化監測跟蹤是非常重要的環(huán)節。政府需要精準監測和管理手段，行業(yè)和企業(yè)作為實(shí)現碳中和的中堅力量，也需要監管和自我管理、探索優(yōu)化發(fā)展的能力和工具。
當前，我國明確了“雙碳”（碳達峰、碳中和）的總路徑：力爭通過(guò)對能源、工業(yè)、交通、建筑等重點(diǎn)行業(yè)提高能源使用效率和產(chǎn)業(yè)結構調整，推進(jìn)減排，在10年之內，也就是2030年使碳排放達到峰值；此后，通過(guò)能源系統轉型和碳封存，用30年時(shí)間，在2060年實(shí)現凈零碳。碳中和的核心概念是碳排放量“收支相抵”，是指企業(yè)、團體或個(gè)人測算在一定時(shí)間內，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放，由植樹(shù)造林、節能減排等形式進(jìn)行抵消，實(shí)現零碳排放。依照這樣的概念，實(shí)現碳中和主要方法有兩種：（1）碳減排：遏制碳排放，節能減排，構建低碳產(chǎn)業(yè)體系；（2）碳吸收：維護自然資源和生態(tài)環(huán)境，植樹(shù)造林，吸收碳排放。
第二章 “嗅碳”衛星
“嗅碳”衛星是人造地球衛星中專(zhuān)門(mén)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(wàn)分之一，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”衛星在太空中工作，分別是專(zhuān)門(mén)測量大氣中二氧化碳濃度的美國“軌道碳觀(guān)測者２號”、觀(guān)測大氣中二氧化碳和甲烷等濃度的日本“呼吸”號以及我國新發(fā)射的首顆碳衛星。
2.1. OCO-2衛星
軌道碳觀(guān)測衛星-2(OCO-2)是美國航空航天局(NASA)第一顆研究二氧化碳排放的衛星。NASA希望通過(guò)OCO-2觀(guān)測了解陸地與海洋吸收之外的CO2在全球大氣中的不均勻分布，對碳排放、碳循環(huán)進(jìn)行精確地測量，提高對溫室氣體的自然來(lái)源與人為排放的理解，改善全球碳循環(huán)模型，更好地表征大氣中CO2的變化，進(jìn)而更準確地預測全球氣候變化。
OCO-2將均勻采樣地球陸地和海洋上空的大氣，在為期2年時(shí)間里對地球受到太陽(yáng)照射的一半區域每天進(jìn)行50萬(wàn)次采樣，以確定的精度、分辨率和覆蓋率提供區域地理分布和季節變化的完整圖像。OCO-2儀器的3個(gè)高分辨率光譜儀將對太陽(yáng)進(jìn)行光學(xué)譜監測，聚焦到不同的色帶范圍，分析測定特定顏色被CO2和氧分子吸收的情況。這些特定顏色被吸收的光量與大氣中CO2濃度成正比，研究人員將在計算模型中引入這些新數據以建立量化全球的碳源與碳匯。
OCO-2光譜儀的設計目標是測量太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)地表反射之后，太陽(yáng)光將兩次穿過(guò)地球大氣層。大氣層中的CO2分子和O2分子具有非常特殊的光譜特性，因此，當光線(xiàn)抵達OCO-2衛星有效載荷時(shí)，太陽(yáng)光將在這些特殊譜段上損失相應的能量，OCO-2的光柵光譜儀將太陽(yáng)光散射開(kāi)來(lái)，就可以獲取相應譜段上的CO2和O2的吸收能量，從而測量出當地大氣中CO2和O2的氣體含量。
表1 OCO-2載荷的性能指標
| 載荷 |
3臺共視軸，高分辨率成像光柵光譜儀 |
| 譜段 |
O2波段: 0.765 μm CO2波段1: 1.61 μm CO2波段2: 2.06 μm |
| 分析能量 |
> 20,000 |
| 光學(xué)系統快速參數 |
f/1.8，高信噪比 |
| 掃描幅寬（穿軌向視場(chǎng)角14 mrad） |
-星下點(diǎn)幅寬10.6km（由705km軌道高度和開(kāi)縫寬度決定） |
| 空間分辨率 |
1.29 km×2.25 km |
| 載荷重量、功耗 |
140kg，105W |
2.2. GOSAT衛星
日本環(huán)境部、日本國家環(huán)境研究所，及日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機構利用溫室氣體觀(guān)測衛星"伊吹"（GOSAT）獲得的數據和晴天觀(guān)測的數據分析，提供全球大氣中二氧化碳和甲烷的氣柱平均濃度（在垂直地表人的大氣柱中，單位面積所含相關(guān)甲烷量與干燥空氣量的體積比）的數據產(chǎn)品。采用由此獲得的二氧化碳氣柱平均濃度，用大氣傳輸模型的反解分析（逆模型解析），來(lái)測算全球各區域二氧化碳的吸收和排出的凈值情況（來(lái)自自然和人為的二氧化碳的凈吸收排放）。
日本GOSAT是世界上第一顆專(zhuān)門(mén)用于探測大氣CO2的超光譜衛星。GOSAT的軌道高度為666km，每天繞地球14圈，回歸周期為3天，其上搭載的TANSO-FST 傳感器是一臺邁克爾遜干涉儀，可獲得3個(gè)短波紅外范圍的窄波段（0.76um、1.6 um和 2.0 um）和一個(gè)熱紅外寬波段（5.5—14.3 um）的吸收超光譜。TANSO-FST的瞬時(shí)視場(chǎng)為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(jīng)處理可獲得 XCO2產(chǎn)品。
GOSAT 短波紅外 CO2二級產(chǎn)品是GOSAT單點(diǎn)觀(guān)測的大氣整層的 XCO2，它由 GOSAT 獲取的3個(gè)短波紅外吸收光譜采用最優(yōu)估計的方法反演得到。GOSAT短波紅外波譜經(jīng)云濾除及其他預處理，獲得可用于反演的無(wú)云吸收光譜，在獲取先驗知識基礎上，采用最優(yōu)估計方法反演大氣 XCO2，最后經(jīng)質(zhì)量濾除，得到整層大氣的XCO2產(chǎn)品。
觀(guān)測傳感器是GOSAT衛星的核心部門(mén)，主要包括：傅里葉變換光譜儀（FTS）、云和氣溶膠成像儀（CAI），FTS用于溫室氣體探測，CAI用于同步收集云和氣溶膠信息。兩者合稱(chēng)為T(mén)ANSO（Thermal And Near-infrared Sensor for carbon Observation）
表2 TANSO-FTS傳感器觀(guān)測參數
| 波段 |
Band 1 |
Band 2 |
Band 3 |
Band 4 |
| 光譜范圍（μm） |
0.758-0.775 |
1.56-1.72 |
1.92-2.08 |
5.56-14.3 |
| 光譜分辨率（mm） |
0.2 |
|||
| 觀(guān)測目標 |
O2 |
CO2、CH4、H2O |
CO2、CH4、H2O、卷云 |
CO2、CH4、卷云 |
| 極化方式 |
P、S |
無(wú) |
||
| 信噪比 |
>300 |
|||
表3 TANSO-CAI主要參數
| 波段 |
Band 1 |
Band 2 |
Band 3 |
Band 4 |
| 光譜范圍（μm） |
0.370-0.390 |
0.668-0.688 |
0.860-0.880 |
1.56-1.65 |
| 中心波長(cháng)（μm） |
0.380 |
0.674 |
0.870 |
1.6 |
| 觀(guān)測目標 |
云層、氣溶膠 |
|||
| 觀(guān)測幅寬（km） |
1000 |
750 |
||
| 星下點(diǎn)空間分辨率（m） |
500 |
1500 |
||
GOSAT衛星產(chǎn)品：
JAXA負責將接收的原始數據（L0級數據）處理為L(cháng)1級光譜產(chǎn)品后，由NIES負責開(kāi)發(fā)數據處理算法、驗證數據整理，并分發(fā)管理更高級別的數據產(chǎn)品；NOE負責推動(dòng)數據產(chǎn)品的應用。按照數據處理過(guò)程，GOSAT產(chǎn)品可以分為以下幾個(gè)級別：
（1）L0級產(chǎn)品：地面接收站接收到的原始干涉圖、相應的未定標圖像數據級輔助數據。
（2）FTS-L1A產(chǎn)品：包括原始干涉圖、定標數據、時(shí)間記錄信息
傳感器狀態(tài)參數和尺度轉換相關(guān)參數。
（3）FTS-SWIR L1B產(chǎn)品：經(jīng)過(guò)相位校正、傅里葉逆變換，并經(jīng)過(guò)輻射定標、光譜定標、幾何定位后的短波紅外光譜數據。
（4）FTS-TIR L1B產(chǎn)品：經(jīng)過(guò)黑體輻射定標后的熱紅外光譜數據。
（5）CAI L1B產(chǎn)品：經(jīng)過(guò)輻射定標、幾何校正后的光譜數據。
（6）FTS-SWIR L2產(chǎn)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產(chǎn)品：利用FTS熱紅外波段反演得到的CO2和CH4垂直廓線(xiàn)資料。
（8）CAI L2產(chǎn)品：云標示產(chǎn)品。
（9）FTS L3產(chǎn)品：根據CO2和CH4濃度數據，經(jīng)過(guò)克里金插值后得到的全球2.5°×2.5°月平均濃度分布數據。
（10）CAI L3產(chǎn)品：包括全球輻射分布、全球反照率產(chǎn)品、NDVI、全球云及氣溶膠屬性產(chǎn)品。
（11）L4A級產(chǎn)品：全球劃分為64個(gè)區域，利用FTS-SWIR L2數據結合地表觀(guān)測數據，經(jīng)大氣傳輸模型反演得到的CO2月平均通量產(chǎn)品。
（12）L4B級產(chǎn)品：基于L4A產(chǎn)品得到的全球2.5°×2.5°，6h平均三維CO2濃度產(chǎn)品。
2.3. TANSAT衛星
碳衛星（TANSAT）是由中國自主研制的首顆全球大氣二氧化碳觀(guān)測科學(xué)實(shí)驗衛星。
碳衛星總質(zhì)量620千克，搭載一體化設計的兩臺科學(xué)載荷，分別是高光譜二氧化碳探測儀以及起輔助作用的多譜段云與氣溶膠探測儀。
TANSAT衛星主要有3種觀(guān)測模式，分別是天底模式、耀斑模式和目標模式。探測儀器的視線(xiàn)指向當地的最低點(diǎn)（即天底觀(guān)測模式，Nadir observation） 或者是閃爍的光點(diǎn)（即耀斑觀(guān)測模式，Glint observation），還可以瞄準選定的地球表面校準和驗證點(diǎn)（即目標觀(guān)測模式，Target observation）。Nadir觀(guān)測模式提供了最佳的水平空間分辨率，并有望在部分多云地區或地形上產(chǎn)生更多有用的 XCO2探測。Glint觀(guān)測模式在黑暗、鏡面表面有比較大的信噪比，預計在海洋上會(huì )產(chǎn)生更有用的探測結果。通常，碳衛星在Nadir觀(guān)測模式和Glint觀(guān)測模式之間交替進(jìn)行。Target觀(guān)測是在碳衛星驗證點(diǎn)上進(jìn)行的，并收集成千上萬(wàn)的觀(guān)測數據，大量的測量減少了隨機誤差的影響，并提供了識別目標附近XCO2場(chǎng)空間變異性的信息。
目前，碳衛星已經(jīng)對外共享了經(jīng)過(guò)定標后的L1B光譜數據集，所有產(chǎn)品文件都是以層次型科學(xué)數據格式HDF-5發(fā)布。這種格式有助于創(chuàng )建邏輯數據結構，通過(guò)將數據產(chǎn)品組織到文件夾和子文件夾中，每個(gè)文件對應一個(gè)軌道連續模式的數據集。
表4 中國碳衛星技術(shù)參數表
| 中國碳衛星技術(shù)參數 |
|
| 軌道類(lèi)型 |
太陽(yáng)同步軌道 |
| 軌道標稱(chēng)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分鐘 |
| 升交點(diǎn)地方時(shí) |
13:30 |
| 姿態(tài)穩定方式 |
三軸穩定 |
| 衛星發(fā)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、高光譜溫室氣體探測儀
碳衛星搭載了一臺高空間分辨率的高光譜溫室氣體探測儀，高光譜與高空間分辨率大氣二氧化碳探測儀(Atmospheric Carbon-dioxide Grating Spectrometer ACGS)：重約170kg，功率約為700w，其基于大氣吸收池原理，利用對地球反射的近紅外/短波紅外太陽(yáng)輻射對大氣中二氧化碳的含量進(jìn)行探測，獲取高精度的大氣吸收光譜。對吸收光譜的強弱進(jìn)行嚴格定量測量，綜合氣壓、溫度等輔助信息并排除大氣懸浮微粒等干擾因素，應用反演算法即可計算出衛星在觀(guān)測路徑上二氧化碳的柱濃度。通過(guò)對全球柱濃度的序列分析，并借助數據同化系統的一系列模型，可推演出全球二氧化碳的通量變化。本載荷采用大面積衍射光柵對吸收光譜進(jìn)行細分，能夠探測2.06μm、1.6μm、0.76μm 三個(gè)大氣吸收光譜通道，最高分辨率達到0.04nm。
探測儀的工作原理，是在可見(jiàn)光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線(xiàn)探測二氧化碳等溫室氣體濃度。高光譜二氧化碳探測儀設有3個(gè)通道，其中，在760納米的O2-A通道的光譜分辨率最高可以達到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(gè)太陽(yáng)弗朗霍夫暗線(xiàn)的填充效應，從而不僅能對全球大氣中二氧化碳濃度進(jìn)行動(dòng)態(tài)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確估算全球植被光合生產(chǎn)力，結合同步反演的大氣二氧化碳濃度數據，二者協(xié)同將能夠極大提升全球碳源匯觀(guān)測能力。
表5 高空間分辨率的高光譜溫室氣體探測儀參數表
| 光譜范圍（nm） |
通道數量 |
光譜分辨率（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、云與氣溶膠偏振成像儀
碳衛星還搭載了一臺多譜段的云與氣溶膠偏振成像儀，成像儀可以測量云、大氣顆粒物等輔助信息，為科學(xué)家精確反向推演二氧化碳濃度剔除干擾因素，還可以幫助氣象學(xué)家提高天氣預報的準確性，并為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數據支撐。
作為中國首顆碳衛星載荷，高光譜溫室氣體探測儀、云與氣溶膠偏振成像儀為溫室氣體排放、碳核查等領(lǐng)域的研究提供基礎數據，為節能減排等宏觀(guān)決策提供數據支撐，增加了中國在國際碳排放方面的話(huà)語(yǔ)權。
表6 多譜段云與氣溶膠偏振成像儀參數表
| 中心波長(cháng)（nm） |
光譜帶寬（nm） |
極化角度 |
空間分辨率（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(shù)支持
3.1. 熱紅外遙感數據支持
熱紅外遙感是利用熱紅外波段研究地球物質(zhì)特性的技術(shù)手段，可以獲取地球表面溫度，在城市熱島效應、林火監測、旱災監測等領(lǐng)域有很好的應用價(jià)值。
表7 主要星載熱紅外傳感器
| 傳感器 |
衛星平臺 |
熱紅外波段數 |
熱紅外光譜范圍 （μm） |
空間分辨率 |
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中等高分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（重采樣為30米） 120m |
185kmx185km |
| IRS紅外相機 |
HJ-1A/B (中國) |
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（重采樣為30米） |
185kmx185km |
針對雙碳政策，利用熱紅外遙感技術(shù)進(jìn)行對地溫度反演，對于監測全球氣候變暖也被廣泛的關(guān)注，近年來(lái)，與地表溫度（LST）反演、大氣輻射傳輸有關(guān)的應用需求增長(cháng)較快，大氣輻射傳輸的過(guò)程研究與定量化反演蓬勃發(fā)展，如大氣輻射傳輸理論模型。
此外，CO2濃度的時(shí)空分布梯度與地表碳通量呈相關(guān)關(guān)系，熱紅外波長(cháng)大與4微米，大氣散射輻射不僅是大氣溫度的函數，而且也是大氣內部組成的函數。對于一個(gè)特定波長(cháng)，吸收系數與大氣組成、溫度和壓力有關(guān)。一般大氣對熱紅外輻射的衰減主要是由氣體分子的吸收和氣體分子、氣溶膠的散射所引起的，大氣對熱紅外的吸收體主要是CO2、水汽和O3：
O3吸收帶為9.6微米，但于航空遙感而言，O3在低空分布較少，可以不予考慮；水在低空一般以氣態(tài)形態(tài)存在，水蒸氣在8.0-12.5微米為連續吸收帶，H2O中心吸收帶為6.3微米；CO2主要吸收帶為4.3微米、15微米，在8.0-12.5微米無(wú)強吸收帶，在9.4微米和10.4微米有弱吸收帶。熱紅外探測的主要估算方法是通過(guò)已知大氣溫度廓線(xiàn)推算吸收氣體濃度及吸收系數，一般來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)氣體濃度的增大，相應的波段可探測到的大氣層也越高。通過(guò)利用已知的溫度廓線(xiàn)調整測量和模擬的輻射值，可估算吸收氣體濃度。
通過(guò)大氣傳輸反演模型，可以估算與大氣濃度分布相一致的碳通量的空間分布，在熱紅外波段，地表溫度和大氣輻射明顯高于太陽(yáng)輻射及地表和大氣反射，但當波長(cháng)小于3微米時(shí)，地球觀(guān)測衛星儀器系統可以觀(guān)測太陽(yáng)輻射、地表反射以及大氣散射的輻射。反射表現出能夠反映輻射傳輸過(guò)程的一些波譜變化。所謂“大氣窗口”波譜段，就是透過(guò)率較高，大氣輻射隨地表反射函數而變化的波段。在其他的波段，電磁波通過(guò)大氣層時(shí)較多被吸收，測量結果是大氣吸收物質(zhì)數量的函數。高波譜分辨率觀(guān)測技術(shù)可以識別不同氣體的吸收線(xiàn)，從相對深度中獲取不同大氣分子的濃度數據。
圖1 不同大氣成分的大氣窗口
3.2. “一張圖”處理分析
針對雙碳政策，集合遙感、土地利用、社會(huì )經(jīng)濟地理數據以及基礎地理信息等多源信息，共同構建統一的“雙碳”時(shí)空監管平臺，助力推進(jìn)“雙碳”與時(shí)空大數據結合，探索碳的時(shí)空分布特征，對碳排放量和空間分布、強度進(jìn)行量化客觀(guān)監測和溯源，實(shí)現資源開(kāi)發(fā)利用的動(dòng)態(tài)監管。
首先，建立“雙碳”專(zhuān)題數據庫，統一管理多源異構數據，整合海量時(shí)空地理數據、遙感影像數據、三維動(dòng)態(tài)建模數據以及各級各類(lèi)圖表數據規范化管理，滿(mǎn)足各級各類(lèi)數據管理需要。
其次，“雙碳”時(shí)空信息多維度分析，梳理數據與各業(yè)務(wù)流程之間的邏輯關(guān)系，加強空間分析能力，實(shí)現海量空間數據快速組織，實(shí)現檢查入庫、數據更新、編輯查詢(xún)、統計輸出、交換發(fā)布等一體化數據綜合管理，增強快速響應多用戶(hù)、大數據下的數據服務(wù)能力。
最后，優(yōu)化“雙碳”時(shí)空大數據可視化展示，優(yōu)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(shí)空分布特點(diǎn)。
圖2 中國大氣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氣體大氣層的柱濃度監測
CO2的柱平均干空氣柱濃度摩爾分數 （簡(jiǎn)稱(chēng)CO2的平均柱濃度） 是將二氧化碳柱總量用同時(shí)從O2-A帶反演得到的氧氣柱總量歸一化后得到的。因為 O2分子在空氣中的變化十分微小，是一種被廣泛認可的、可以準確計算空氣柱含量的氣體。所以近地面CO2平均柱濃度 （干燥空氣下）可以表達為：
XCO2=CO2col/（O2col/O2mf）
式中：XCO2表示CO2平均柱濃度（干燥空氣下），單位為mg/L；CO2col表示反演的CO2的絕對柱總量，單位為mol/cm2；O2col表示反演的O2絕對柱總量，單位為mol/cm2；O2mf為轉換常數，用于將O2的柱含量轉化為干燥空氣的柱含量，一般取值為0.2095。CO2絕對柱總量和O2絕對柱總量是分別反演得到的。
通過(guò)嗅碳衛星，如TANSAT，結合氣溶膠數據和HITRAN2012大氣分子吸收譜數據庫可以對CO2氣體大氣層的柱濃度進(jìn)行反演估算。
圖4 全球XCO2 數據時(shí)空尺度統合后的月均值
13641387229（公司業(yè)務(wù)） 13144314475（公司業(yè)務(wù)）18801198126（公司業(yè)務(wù)） 17778189097（公司業(yè)務(wù)） 010-53350658（公司業(yè)務(wù)） 010-88784566（技術(shù)服務(wù)）????????????? 010-53350672（人事）
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