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近期，巴黎气候大会和美国新任总统特朗普对气候问题的言论使得气候变暖屡次站在舆论的风口浪尖。目前，科学家对全球气候变暖的细节问题仍存有诸多争议，但主流气候学家认同的是，人类活动排放的二氧化碳导致近两百年间大气二氧化碳浓度急剧上升，是全球变暖的直接原因。而开展气候研究的基础，自然是准确、实时地掌握全球大气中二氧化碳的浓度变化。

1958年，美国科学家查尔斯·基林在夏威夷的冒纳罗亚山上建立起全球首个大气二氧化碳浓度监测站，开启了全球二氧化碳监测的序幕。截止2008年10月，全球的大气二氧化碳地面监测站有282个——这些站点帮助我们掌握全球平均大气二氧化碳的浓度，但这一数据密度不足以为我们绘制全球大气二氧化碳的分布图。此外，揭示全球碳循环的关键信息——全球二氧化碳的通量变化，也就是二氧化碳的流通情况，根据现有的地面监测数据也无法准确获知。因此，对全球二氧化碳信息的全面了解急需覆盖全球的监测，而实现这一目标的手段就是碳卫星。

2016年12月22日凌晨3点，我国首颗二氧化碳监测实验卫星TanSat在酒泉卫星基地成功发射。此前，全球仅有两颗碳卫星正在工作的碳卫星（日本的GOSAT和美国的OCO-2）。而随着中国自主研发的碳卫星TanSat成功发射，它也将加入全球二氧化碳的监测行列，在700千米高的太阳同步轨道上为我们提供第一手的信息。

那么，TanSat是如何进行全球二氧化碳监测的呢？碳卫星地面应用系统总指挥张鹏介绍说，大气中，每种分子均吸收特定波长的光线。因此，从地面或海面反射的光线中，保留着各类气体产生的特征吸收光谱，TanSat的主要载荷——高光谱二氧化碳探测仪正是通过对特定波长光谱吸收情况的探测，间接得出观测区域大气二氧化碳的浓度。

高光谱二氧化碳探测仪设有3个通道，其中，在1.6微米和2.06微米处的两组通道分别对应二氧化碳分子产生的强、弱两个特征吸收光谱带。为了追踪大气中二氧化碳浓度细微的变化，科研团队赋予探测仪极高的光谱分辨率和探测灵敏度。在TanSat中，光谱分辨率最高可以达到0.04纳米，仪器信噪比要在300以上。

由于TanSat收集的是从被监测地面到卫星的路径上，整层大气柱中的二氧化碳总量，因此在测定大气二氧化碳浓度的过程中，海拔高度成为了不容忽视的影响因素。为了排除海拔的影响，二氧化碳探测仪在0.76微米处设置了一条氧气吸收通道。氧气在大气中的比例固定，可以用作大气柱高度的参考气体。

此外，研究人员还需将大气中的其他干扰因素排除在外。由于云层会阻碍碳卫星对整层大气柱的观测，只有在晴朗无云的条件下，TanSat的监测结果才有意义。TanSat的另一个载荷——多频段云与气溶胶探测仪，正是通过含有偏振信息的特定光谱吸收通道，辨识出云层信息。

云与气溶胶探测仪的另一个作用，是排除大气气溶胶的干扰。大气气溶胶是悬浮在空气中的固态、液态颗粒物，我们熟悉的雾霾就是气溶胶含量超标的情况。气溶胶使阳光发生散射，从而影响到碳卫星最终接收到的辐射信息。当近地面有大量气溶胶时，云与气溶胶探测仪可以对其含量进行测定，这一结果将用于对二氧化碳浓度的修正。

TanSat采集到原始数据后，地面应用系统将对卫星观测资料进行接收、汇集和资料加工处理。依托风云极轨卫星的地面接收站，TanSat观测的全球原始数据被传送汇集至中国气象局国家卫星气象中心。经过处理，产生高精度的高光谱分辨率辐射信号。随后，结合地面监测站的历史数据，科学家对信号进行反演，最终得到精度在1~4ppmv的全球二氧化碳浓度数据。TanSat发射3~6个月后，国家卫星气象中心将联合中国科学院的仪器研制单位完成对TanSat各项功能和性能指标的在轨测试和评价，随后有望发布第一批全球二氧化碳数据。

Tansat的成功发射对于二氧化碳卫星监测网络的建设具有重要意义。由于碳卫星监测到的数据点还远远不够，目前碳卫星的数据获取周期过长，无法及时获知全球二氧化碳的流通情况。而解决这一问题最直接的手段，自然是增加碳卫星的数目。张鹏说：“对于一颗碳卫星而言，目前最好的情况是得到二氧化碳的月平均分布，随着碳卫星数目的增加， 10天平均甚至更短周期的数据都有可能实现。”在张鹏看来，描述CO2的变化，需要更多卫星累积基础数据。“有了数据，才可能为全球气候变化的研究、全球温室气体减排政策提供基础。”