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句(gōu)芒,上古春神,挥手间山川披绿。2022年8月4日,这个名字被送上了太空——我国首颗陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”直上九天。从此,神话里的春神有了一个新身份:地球的“碳会计”。
“句芒号”发射现场 图源网络
卫星上天,算什么账?
这事得从2020年说起。那一年,我国提出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标,也就是要让碳排放和碳吸收基本打平,而实现“双碳”目标的前提之一,是得先知道吸收了多少碳。
这正是“句芒号”要解的题。它替咱们算一笔账:中国的森林、草原、农田,一年到头到底帮我们“吞”掉了多少二氧化碳?这个数字叫“碳汇”,记录它的本子就是“碳账本”。
测算碳汇,本质是给陆地植被做全面“生态体检”:测量树木高度、林木疏密程度,再监测植物光合作用强度,结合模型计算,就能得出这片植被储存的碳总量。
“句芒号”升空之前,碳汇测算全靠人工实地勘测。林业员要徒步深入林区,逐棵测量树高、胸径,一片林地勘测下来往往耗时数月,效率低、覆盖也有限。而如今“句芒号”在轨扫描,短时间内就能完成大范围碳汇测算,让碳核算从模糊估算变成清晰数据。
它到底是怎么“算账”的?
第一招:“激光尺”量树高
“句芒号”配备密集激光扫描系统,高频次向地面发射探测光束。它向森林打一束光,光碰到树冠反弹回来,再打到地面又反弹回来,两个回波的时间差,就能算出树的高度。这叫激光雷达测距。过往卫星林地测量精度有限,“句芒号”大幅提升测量精细程度,精准获取整片林木高度情况。树有多高,直接决定它能存多少碳,这是碳账本上的第一行数字。
第二招:“3D眼镜”看森林有多密
光有高度还不够,还得知道林子有多密,这叫“郁闭度”。“句芒号”搭载多组多光谱相机,从前后上下多个不同视角同步对地成像,不仅能看树冠,还能看树的“侧面”,像给森林拍了一张3D照片。通过不同角度反射光的强弱,科学家能反演出树叶的层数和密度。林子越密,叶子越多,吸碳能力就越强,这是碳账本上的第二行数字。
第三招:“火眼金睛”抓荧光信号
最神奇的,是“句芒号”还能看到人眼看不见的东西——叶绿素荧光。植物光合作用时,吸收的阳光中,仅有极少部分光能转化为微弱叶绿素荧光,肉眼完全无法分辨。“句芒号”的超光谱探测仪拥有极高的光谱分辨能力,分辨精度远超传统观测仪器,像侦探一样,从千万条光线里揪出这丝微光。荧光越明显,植被光合固碳的能力就越强,这就是植物在悄悄告诉句芒:“我在努力吸碳呢!”——这是碳账本上的第三行数字。
第四招:“空气净化器”为账本保驾护航
卫星在天上隔着几百公里的大气层,水汽、雾霾会干扰信号,就像隔着毛玻璃拍照。账记得再细,数据不准也是白搭。所以,“句芒号”专门配了两台“空气净化器”:一台多角度偏振成像仪,可从多个不同视角观测空气中的颗粒物;一台大气激光雷达,专门探测大气的垂直分布。一横一纵,就把大气干扰看得一清二楚。有了这套装置,前面三招记下的数据才能真真切切、准确无误,给碳账本上的每一笔数字都加了道“防伪锁”。
三招记账,一招护航,“句芒号”由此开启全国“碳汇体检”:南到海南雨林,北到东北虎豹公园,东到京津冀农场,森林、农田的碳汇数据尽收囊中。这些数据汇成全国碳汇大账本,对内支撑生态补偿,对外成为气候谈判的硬核依据。
2023年,国家发布《生态系统碳汇能力巩固提升实施方案》,明确提出要“建立生态系统碳汇监测核算体系”,“句芒号”正是这个体系里最亮的那颗星。
“句芒号”卫星运行示意图
九天之上,这颗以上古春神命名的卫星日夜巡测,以硬核科技核算山河碳汇、守护绿水青山,助力人类奔赴低碳洁净、永续发展的地球明天。
作者:林坤 中国空间技术研究院工程师
审核:刘媛 北京制冷学会理事,中国空间技术研究院支部书记、研究员
