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(chéng)教授團(tuán)隊(duì)圍繞我國(guó)首顆碳衛(wèi)星（TanSat）反演所面臨的技術(shù)難題，歷時(shí)五年自主開(kāi)發(fā)了適用于多種觀(guān)測(cè)模式和地表的大氣CO2反演技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了占全球總表面71%的海洋大氣CO2高精度探測(cè)。其中，碳衛(wèi)星天底（nadir）和耀斑（sun-glint）觀(guān)測(cè)模式下的CO2探測(cè)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(guó)OCO-2衛(wèi)星的同步觀(guān)測(cè)結(jié)果差異在0.16%之內(nèi)。自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)碳衛(wèi)星遙感結(jié)果準(zhǔn)確性經(jīng)國(guó)際同行專(zhuān)家嚴(yán)格評(píng)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(guó)際知名期刊《Remote Sensing of Environment》（IF=13.5）。
超光譜衛(wèi)星的碳監(jiān)測(cè)技術(shù)憑借非接觸式、觀(guān)測(cè)范圍廣、采樣頻率高、時(shí)空連續(xù)性強(qiáng)、探測(cè)成本低等優(yōu)勢(shì)成為了全球大氣CO2探測(cè)最重要的手段之一。目前，突破國(guó)產(chǎn)碳衛(wèi)星的高精度監(jiān)測(cè)瓶頸是助力我國(guó)“雙碳”重大戰(zhàn)略實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)首顆碳衛(wèi)星TanSat是繼日本GOSAT和美國(guó)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(lái)，從TanSat一級(jí)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(guó)內(nèi)的熱點(diǎn)。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(guān)測(cè)，而耀斑模式和海洋區(qū)域的CO2反演長(zhǎng)期處于空白。
在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)全面評(píng)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(duì)TanSat光譜特征的在軌波長(zhǎng)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(zhǎng)偏移、輻亮度偏差、光譜噪聲、反演窗口不穩(wěn)定等問(wèn)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(shí)，團(tuán)隊(duì)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(shí)空分辨率的先驗(yàn)氣體參考譜數(shù)據(jù)庫(kù)、重建高精度太陽(yáng)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(duì)首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)一代碳星多種觀(guān)測(cè)模式下全球CO2的高精度反演工作，反演結(jié)果各項(xiàng)性能指標(biāo)與國(guó)際最新一代碳監(jiān)測(cè)衛(wèi)星產(chǎn)品相當(dāng)。
目前，全球首輪“碳盤(pán)點(diǎn)”已經(jīng)開(kāi)啟，作為一個(gè)負(fù)責(zé)任大國(guó)，我國(guó)擔(dān)任著重要角色，CO2的全球尺度天基觀(guān)測(cè)的重要性日益凸顯出來(lái)，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(dú)立自主的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的全球CO2業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)體系，為順利完成全球“碳盤(pán)點(diǎn)”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(shí)現(xiàn)。下一步，團(tuán)隊(duì)將立足下一代國(guó)產(chǎn)碳盤(pán)點(diǎn)衛(wèi)星任務(wù)，繼續(xù)深入研究、持續(xù)發(fā)力。
圖1中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)反演的碳衛(wèi)星柱CO2濃度產(chǎn)品
圖2 TanSatCO2結(jié)果與地基觀(guān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)TCCON的對(duì)比驗(yàn)證
圖3 TanSat與美國(guó)OCO-2衛(wèi)星同步觀(guān)測(cè)結(jié)果對(duì)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）
