【儀表網 研發快訊】近日，中國科學技術大學精密機械與精密儀器系張成歆特任副研究員、劉誠教授團隊圍繞我國首顆碳衛星(TanSat)反演所面臨的技術難題，歷時五年自主開發了適用于多種觀測模式和地表的大氣CO2反演技術，首次實現了占全球總表面71%的海洋大氣CO2高精度探測。其中，碳衛星天底(nadir)和耀斑(sun-glint)觀測模式下的CO2探測精度分別達到了1.28和1.19 ppm，CO2空間覆蓋率達到了日本GOSAT衛星的3.5倍，與美國OCO-2衛星的同步觀測結果差異在0.16%之內。自主研發的國產碳衛星遙感結果準確性經國際同行專家嚴格評審，最終以“First TanSat CO2retrieval over land and ocean using both nadir and glint spectroscopy”為題發表于遙感領域國際知名期刊《Remote Sensing of Environment》(IF=13.5)。
 

　　超光譜衛星的碳監測技術憑借非接觸式、觀測范圍廣、采樣頻率高、時空連續性強、探測成本低等優勢成為了全球大氣CO2探測最重要的手段之一。目前，突破國產碳衛星的高精度監測瓶頸是助力我國“雙碳”重大戰略實施的關鍵技術。我國首顆碳衛星TanSat是繼日本GOSAT和美國OCO-2兩顆 “標桿衛星”后全球第三顆“嗅碳”衛星。自2016年12月發射以來，從TanSat一級光譜數據中獲取全球尺度高精度CO2濃度產品的研究一直是國內的熱點。但此前受限于載荷性能衰減、光譜信噪比不足、海洋區域反照率低等因素，相關的研究成果僅局限于天底模式的陸地觀測，而耀斑模式和海洋區域的CO2反演長期處于空白。
 

　　在本研究中，研究團隊全面評估了TanSat的在軌儀器特性，完成了一系列關鍵技術的攻關，研發了針對TanSat光譜特征的在軌波長二次定標修正技術、近紅外輻射傳輸模式修正技術、最優反演配置自適應更新技術、雙通道同步遙感反演技術等，解決了TanSat光譜波長偏移、輻亮度偏差、光譜噪聲、反演窗口不穩定等問題，有效地提升了光譜質量，大幅度提高了反演的成功率和準確性。同時，團隊全面改進和完善了近紅外氣體反演算法的配置和參數，如構建高時空分辨率的先驗氣體參考譜數據庫、重建高精度太陽輻照度光譜、建立雙反演通道多維大氣質量因子查找表等。最終，團隊首次實現了國產一代碳星多種觀測模式下全球CO2的高精度反演工作，反演結果各項性能指標與國際最新一代碳監測衛星產品相當。
 

　　目前，全球首輪“碳盤點”已經開啟，作為一個負責任大國，我國擔任著重要角色，CO2的全球尺度天基觀測的重要性日益凸顯出來，這既是重要機遇也是挑戰。本研究成果將促進構建獨立自主的國產衛星的全球CO2業務監測體系，為順利完成全球“碳盤點”提供基礎數據支撐，助力“碳達峰”和“碳中和”目標的早日實現。下一步，團隊將立足下一代國產碳盤點衛星任務，繼續深入研究、持續發力。
 

圖1中國科大團隊反演的碳衛星柱CO2濃度產品
 

圖2 TanSatCO2結果與地基觀測網絡TCCON的對比驗證
 

圖3 TanSat與美國OCO-2衛星同步觀測結果對比
 

　　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