第一章 雙碳政策背景
1.1. 現(xiàn)狀分析
自工業(yè)革命以來，由于化石燃料的燃燒、工業(yè)排放等人類活動的快速增加，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，為減緩大氣 CO2 濃度的持續(xù)升高以遏制全球變暖，各國均制定了相關減排政策。在經(jīng)濟社會快速發(fā)展的同時，我國加快推進綠色低碳轉(zhuǎn)型、積極參與全球氣候治理，取得了顯著成效。面對全球氣候變化和能源消耗問題，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》，并在2015年巴黎氣候大會上提出“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(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%-65%。”
但我國產(chǎn)業(yè)結構、能源結構轉(zhuǎn)型任務仍任重而道遠。
有研究顯示，能源消費是引起碳排放增長的主要原因，且兩者之間存在著長期均衡的關系，即我國能源消費每增加1%，相應的碳排放增加0.78%；有統(tǒng)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，全社會碳排放約105億噸，其中能源活動碳排放約98億噸，占全社會碳排放比重約87%。能源種類方面，燃煤發(fā)電和供熱排放占能源活動碳排放比重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%；能源活動領域方面，能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換、工業(yè)領域碳排放占能源活動碳排放比重分別為47%、36%，其中工業(yè)領域鋼鐵、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、建筑領域碳排放占能源活動碳排放比重分別為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)合國大會一般性辯論會上，以及2020年12月12日氣候雄心峰會上，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年前實現(xiàn)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40%。歐盟和美國都表示在2050年實現(xiàn)碳中和，英國、日本、韓國等地區(qū)紛紛提出“綠色新政”，拜登將氣候變化置于內(nèi)外政策的優(yōu)先位置，更多發(fā)展中國家明確低碳轉(zhuǎn)型目標?！熬G色低碳”將成為未來很長一段時間內(nèi)的各國關鍵詞。
碳排放峰值是指一個經(jīng)濟體（地區(qū)）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時間點達到峰值。核心是碳排放量增速持續(xù)降低直至負增長。碳中和是指在一定時間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排等形式，以抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實現(xiàn)溫室氣體“凈零排放”。核心是溫室氣體排放量的大幅降低，最終達到一個組織的一年內(nèi)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，中和斜率會遠陡峭于歐美，減排速度要超出歐盟一倍，未來40年的碳中和任務時間緊、任務重。
碳達峰、碳中和作為具有時間緊迫性、階段性執(zhí)行的國家戰(zhàn)略目標，同時也是排放與吸收的收支中和過程，量化監(jiān)測跟蹤是非常重要的環(huán)節(jié)。政府需要精準監(jiān)測和管理手段，行業(yè)和企業(yè)作為實現(xiàn)碳中和的中堅力量，也需要監(jiān)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：力爭通過對能源、工業(yè)、交通、建筑等重點行業(yè)提高能源使用效率和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，推進減排，在10年之內(nèi)，也就是2030年使碳排放達到峰值；此后，通過能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型和碳封存，用30年時間，在2060年實現(xiàn)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)、團體或個人測算在一定時間內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放，由植樹造林、節(jié)能減排等形式進行抵消，實現(xiàn)零碳排放。依照這樣的概念，實現(xiàn)碳中和主要方法有兩種：（1）碳減排：遏制碳排放，節(jié)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，植樹造林，吸收碳排放。
第二章 “嗅碳”衛(wèi)星
“嗅碳”衛(wèi)星是人造地球衛(wèi)星中專門用于對地球二氧化碳濃度測量的衛(wèi)星，“嗅碳”衛(wèi)星對二氧化碳濃度的測量精度能夠達到百萬分之一，是人們掌握高精度二氧化碳測量數(shù)據(jù)的得力“幫手”。 目前僅有３顆“嗅碳”衛(wèi)星在太空中工作，分別是專門測量大氣中二氧化碳濃度的美國“軌道碳觀測者２號”、觀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(wèi)星。
2.1. OCO-2衛(wèi)星
軌道碳觀測衛(wèi)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(wèi)星。NASA希望通過OCO-2觀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)進行精確地測量，提高對溫室氣體的自然來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年時間里對地球受到太陽照射的一半?yún)^(qū)域每天進行50萬次采樣，以確定的精度、分辨率和覆蓋率提供區(qū)域地理分布和季節(jié)變化的完整圖像。OCO-2儀器的3個高分辨率光譜儀將對太陽進行光學譜監(jiān)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(shù)據(jù)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光經(jīng)過地表反射之后，太陽光將兩次穿過地球大氣層。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，當光線抵達OCO-2衛(wèi)星有效載荷時，太陽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光散射開來，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?shù)卮髿庵蠧O2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 |
| 光學系統(tǒng)快速參數(shù) |
f/1.8，高信噪比 |
| 掃描幅寬（穿軌向視場角14 mrad） |
-星下點幅寬10.6km（由705km軌道高度和開縫寬度決定） |
| 空間分辨率 |
1.29 km×2.25 km |
| 載荷重量、功耗 |
140kg，105W |
2.2. GOSAT衛(wèi)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發(fā)機構利用溫室氣體觀測衛(wèi)星"伊吹"（GOSAT）獲得的數(shù)據(jù)和晴天觀測的數(shù)據(jù)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，單位面積所含相關甲烷量與干燥空氣量的體積比）的數(shù)據(jù)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），來測算全球各區(qū)域二氧化碳的吸收和排出的凈值情況（來自自然和人為的二氧化碳的凈吸收排放）。
日本GOSAT是世界上第一顆專門用于探測大氣CO2的超光譜衛(wèi)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個短波紅外范圍的窄波段（0.76um、1.6 um和 2.0 um）和一個熱紅外寬波段（5.5—14.3 um）的吸收超光譜。TANSO-FST的瞬時視場為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(shù)據(jù)經(jīng)處理可獲得 XCO2產(chǎn)品。
GOSAT 短波紅外 CO2二級產(chǎn)品是GOSAT單點觀測的大氣整層的 XCO2，它由 GOSAT 獲取的3個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。
觀測傳感器是GOSAT衛(wèi)星的核心部門，主要包括：傅里葉變換光譜儀（FTS）、云和氣溶膠成像儀（CAI），F(xiàn)TS用于溫室氣體探測，CAI用于同步收集云和氣溶膠信息。兩者合稱為TANSO（Thermal And Near-infrared Sensor for carbon Observation）
表2 TANSO-FTS傳感器觀測參數(shù)
| 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 |
|||
| 觀測目標 |
O2 |
CO2、CH4、H2O |
CO2、CH4、H2O、卷云 |
CO2、CH4、卷云 |
| 極化方式 |
P、S |
無 |
||
| 信噪比 |
>300 |
|||
表3 TANSO-CAI主要參數(shù)
| 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（μm） |
0.380 |
0.674 |
0.870 |
1.6 |
| 觀測目標 |
云層、氣溶膠 |
|||
| 觀測幅寬（km） |
1000 |
750 |
||
| 星下點空間分辨率（m） |
500 |
1500 |
||
GOSAT衛(wèi)星產(chǎn)品：
JAXA負責將接收的原始數(shù)據(jù)（L0級數(shù)據(jù)）處理為L1級光譜產(chǎn)品后，由NIES負責開發(fā)數(shù)據(jù)處理算法、驗證數(shù)據(jù)整理，并分發(fā)管理更高級別的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；NOE負責推動數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應用。按照數(shù)據(jù)處理過程，GOSAT產(chǎn)品可以分為以下幾個級別：
（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(shù)據(jù)級輔助數(shù)據(jù)。
（2）FTS-L1A產(chǎn)品：包括原始干涉圖、定標數(shù)據(jù)、時間記錄信息
傳感器狀態(tài)參數(shù)和尺度轉(zhuǎn)換相關參數(shù)。
（3）FTS-SWIR L1B產(chǎn)品：經(jīng)過相位校正、傅里葉逆變換，并經(jīng)過輻射定標、光譜定標、幾何定位后的短波紅外光譜數(shù)據(jù)。
（4）FTS-TIR L1B產(chǎn)品：經(jīng)過黑體輻射定標后的熱紅外光譜數(shù)據(jù)。
（5）CAI L1B產(chǎn)品：經(jīng)過輻射定標、幾何校正后的光譜數(shù)據(jù)。
（6）FTS-SWIR L2產(chǎn)品：根據(jù)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垂直廓線資料。
（8）CAI L2產(chǎn)品：云標示產(chǎn)品。
（9）FTS L3產(chǎn)品：根據(jù)CO2和CH4濃度數(shù)據(jù)，經(jīng)過克里金插值后得到的全球2.5°×2.5°月平均濃度分布數(shù)據(jù)。
（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個區(qū)域，利用FTS-SWIR L2數(shù)據(jù)結合地表觀測數(shù)據(jù)，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(wèi)星
碳衛(wèi)星（TANSAT）是由中國自主研制的首顆全球大氣二氧化碳觀測科學實驗衛(wèi)星。
碳衛(wèi)星總質(zhì)量620千克，搭載一體化設計的兩臺科學載荷，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(wèi)星主要有3種觀測模式，分別是天底模式、耀斑模式和目標模式。探測儀器的視線指向當?shù)氐淖畹忘c（即天底觀測模式，Nadir observation） 或者是閃爍的光點（即耀斑觀測模式，Glint observation），還可以瞄準選定的地球表面校準和驗證點（即目標觀測模式，Target observation）。Nadir觀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(qū)或地形上產(chǎn)生更多有用的 XCO2探測。Glint觀測模式在黑暗、鏡面表面有比較大的信噪比，預計在海洋上會產(chǎn)生更有用的探測結果。通常，碳衛(wèi)星在Nadir觀測模式和Glint觀測模式之間交替進行。Target觀測是在碳衛(wèi)星驗證點上進行的，并收集成千上萬的觀測數(shù)據(jù)，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場空間變異性的信息。
目前，碳衛(wèi)星已經(jīng)對外共享了經(jīng)過定標后的L1B光譜數(shù)據(jù)集，所有產(chǎn)品文件都是以層次型科學數(shù)據(jù)格式HDF-5發(fā)布。這種格式有助于創(chuàng)建邏輯數(shù)據(jù)結構，通過將數(shù)據(jù)產(chǎn)品組織到文件夾和子文件夾中，每個文件對應一個軌道連續(xù)模式的數(shù)據(jù)集。
表4 中國碳衛(wèi)星技術參數(shù)表
| 中國碳衛(wèi)星技術參數(shù) |
|
| 軌道類型 |
太陽同步軌道 |
| 軌道標稱高度 |
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 |
| 升交點地方時 |
13:30 |
| 姿態(tài)穩(wěn)定方式 |
三軸穩(wěn)定 |
| 衛(wèi)星發(fā)射重量 |
620千克 |
| 衛(wèi)星平均功率 |
600瓦 |
| 衛(wèi)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(wèi)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/短波紅外太陽輻射對大氣中二氧化碳的含量進行探測，獲取高精度的大氣吸收光譜。對吸收光譜的強弱進行嚴格定量測量，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(wèi)星在觀測路徑上二氧化碳的柱濃度。通過對全球柱濃度的序列分析，并借助數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)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行細分，能夠探測2.06μm、1.6μm、0.76μm 三個大氣吸收光譜通道，最高分辨率達到0.04nm。
探測儀的工作原理，是在可見光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線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）兩個太陽弗朗霍夫暗線的填充效應，從而不僅能對全球大氣中二氧化碳濃度進行動態(tài)監(jiān)測，還能高精度反演植被葉綠素熒光。衛(wèi)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(shù)據(jù)，二者協(xié)同將能夠極大提升全球碳源匯觀測能力。
表5 高空間分辨率的高光譜溫室氣體探測儀參數(shù)表
| 光譜范圍（nm） |
通道數(shù)量 |
光譜分辨率（nm） |
信噪比 |
監(jiān)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(wèi)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(shù)據(jù)支撐。
作為中國首顆碳衛(wèi)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、碳核查等領域的研究提供基礎數(shù)據(jù)，為節(jié)能減排等宏觀決策提供數(shù)據(jù)支撐，增加了中國在國際碳排放方面的話語權。
表6 多譜段云與氣溶膠偏振成像儀參數(shù)表
| 中心波長（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(wèi)星遙感對雙碳政策的技術支持
3.1. 熱紅外遙感數(shù)據(jù)支持
熱紅外遙感是利用熱紅外波段研究地球物質(zhì)特性的技術手段，可以獲取地球表面溫度，在城市熱島效應、林火監(jiān)測、旱災監(jiān)測等領域有很好的應用價值。
表7 主要星載熱紅外傳感器
| 傳感器 |
衛(wèi)星平臺 |
熱紅外波段數(shù) |
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進行對地溫度反演，對于監(jiān)測全球氣候變暖也被廣泛的關注，近年來，與地表溫度（LST）反演、大氣輻射傳輸有關的應用需求增長較快，大氣輻射傳輸?shù)倪^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濃度的時空分布梯度與地表碳通量呈相關關系，熱紅外波長大與4微米，大氣散射輻射不僅是大氣溫度的函數(shù)，而且也是大氣內(nèi)部組成的函數(shù)。對于一個特定波長，吸收系數(shù)與大氣組成、溫度和壓力有關。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(xù)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已知大氣溫度廓線推算吸收氣體濃度及吸收系數(shù)，一般來說，隨著氣體濃度的增大，相應的波段可探測到的大氣層也越高。通過利用已知的溫度廓線調(diào)整測量和模擬的輻射值，可估算吸收氣體濃度。
通過大氣傳輸反演模型，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輻射及地表和大氣反射，但當波長小于3微米時，地球觀測衛(wèi)星儀器系統(tǒng)可以觀測太陽輻射、地表反射以及大氣散射的輻射。反射表現(xiàn)出能夠反映輻射傳輸過程的一些波譜變化。所謂“大氣窗口”波譜段，就是透過率較高，大氣輻射隨地表反射函數(shù)而變化的波段。在其他的波段，電磁波通過大氣層時較多被吸收，測量結果是大氣吸收物質(zhì)數(shù)量的函數(shù)。高波譜分辨率觀測技術可以識別不同氣體的吸收線，從相對深度中獲取不同大氣分子的濃度數(shù)據(jù)。
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、社會經(jīng)濟地理數(shù)據(jù)以及基礎地理信息等多源信息，共同構建統(tǒng)一的“雙碳”時空監(jiān)管平臺，助力推進“雙碳”與時空大數(shù)據(jù)結合，探索碳的時空分布特征，對碳排放量和空間分布、強度進行量化客觀監(jiān)測和溯源，實現(xiàn)資源開發(fā)利用的動態(tài)監(jiān)管。
首先，建立“雙碳”專題數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一管理多源異構數(shù)據(jù)，整合海量時空地理數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、三維動態(tài)建模數(shù)據(jù)以及各級各類圖表數(shù)據(jù)規(guī)范化管理，滿足各級各類數(shù)據(jù)管理需要。
其次，“雙碳”時空信息多維度分析，梳理數(shù)據(jù)與各業(yè)務流程之間的邏輯關系，加強空間分析能力，實現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)快速組織，實現(xiàn)檢查入庫、數(shù)據(jù)更新、編輯查詢、統(tǒng)計輸出、交換發(fā)布等一體化數(shù)據(jù)綜合管理，增強快速響應多用戶、大數(shù)據(jù)下的數(shù)據(jù)服務能力。
最后，優(yōu)化“雙碳”時空大數(shù)據(jù)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(xiàn)“雙碳”時空分布特點。
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(jiān)測
CO2的柱平均干空氣柱濃度摩爾分數(shù) （簡稱CO2的平均柱濃度） 是將二氧化碳柱總量用同時從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(zhuǎn)換常數(shù)，用于將O2的柱含量轉(zhuǎn)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。
通過嗅碳衛(wèi)星，如TANSAT，結合氣溶膠數(shù)據(jù)和HITRAN2012大氣分子吸收譜數(shù)據(jù)庫可以對CO2氣體大氣層的柱濃度進行反演估算。
圖4 全球XCO2 數(shù)據(jù)時空尺度統(tǒng)合后的月均值
