碳排放监视卫星的原理是什么?除了观测二氧化碳分布外还有什么其它意义?

【猎狗先生的回答(8票)】:

谢邀。非要在DDL来答题真是大作死!

1、观测原理:

首先上张图大家了解一下太阳光的辐射传输过程:

对于近红外波段来说,地球本身的辐射已经可以忽略不计了,因此只考虑太阳辐射即可,部分辐射在进入大气层之间就被反射走,剩下的辐射在大气层和地球表面之间寻寻觅觅找一个家,最后总有些不安分的被高空卫星传感器检测到,而检测到的这一部分辐射中已经被大气的组分比如气溶胶、水蒸气、CO2CH4等吸收过了,不同的组分有他们自己的吸收带,这个可以从反射光谱中读出来。对于近红外波段来说,地球本身的辐射已经可以忽略不计了,因此只考虑太阳辐射即可,部分辐射在进入大气层之间就被反射走,剩下的辐射在大气层和地球表面之间寻寻觅觅找一个家,最后总有些不安分的被高空卫星传感器检测到,而检测到的这一部分辐射中已经被大气的组分比如气溶胶、水蒸气、CO2CH4等吸收过了,不同的组分有他们自己的吸收带,这个可以从反射光谱中读出来。

明白了上面这个过程那么原理就很简单了,就是利用卫星上搭载的三通道高分辨率近红外光谱仪取得太阳反射光谱,然后再对光谱的辐照亮度进行反演得出大气CO2含量。

这个东西是定量的,不过是个很复杂的模型体系涉及到很多变量,不同的学者和机构使用的反演方法不同,现在比较成熟的应该是MORTRAN(因为我孤陋寡闻只听过这一个。。。)。

大气中不同的成分有各自敏感的光谱波段,而大气 CO2的吸收波段主要有 15 μm、4.3 μm、2.7 μm 强吸收带和 2.0 μm、1.575 μm、1.4 μm 弱吸收带,其中最为明显的就是15μm这个波段(如下图)。而本次执行任务的OCO-2卫星所搭载的光谱仪为了避免在浓度很高时发生吸收饱和,并最大限度的避免其它气体吸收的干扰,和日本的GOSAT卫星一样选择了1.575 μm吸收带作为大气 CO2的最优探测波段。

当光谱吸收峰出现变化时,可以用不同的反演方法得出二氧化碳的变化,下图是CO2从300ppm增至600ppm时辐射产生的变化。当光谱吸收峰出现变化时,可以用不同的反演方法得出二氧化碳的变化,下图是CO2从300ppm增至600ppm时辐射产生的变化。

2、主要意义2、主要意义

OCO project的主要任务其实就是利用二氧化碳相关的吸收曲线监测窄幅度大气中二氧化碳的浓度变化,生成全球碳源汇的分布图,同时可以弥补地面上参差不齐的二氧化碳测量数据。这能够帮助监督一些国家是否遵守减排要求,在履行国际气候条约中有非常重要的作用。本次OCO-2搭载的高精度光谱仪数据我还没有找到,但毫无疑问应该是目前精度最高的高轨道近红外光谱仪,可以将CO2的反演精度精确到4ppm以下,而这个数值也是中国正在追赶的目标。这个精度使得将高空数据与近地数据的结合建模变得更加可行,可以完善理论模型的精度,减小不确定度。

三颗相关用途卫星参数对比:

此外,比之前的温室气体专用卫星GOSAT进步在于,OCO-2将有能力均匀采样地球陆地和海洋上空的大气,在为期2年时间里对地球受到太阳照射的一半区域每天进行50万次采样,以确定的精度、分辨率和覆盖率提供区域地理分布和季节变化的完整图像。这是首次有能力做窄周期的全球碳汇制图,NASA希望通过OCO-2观测了解陆地与海洋吸收之外的CO2在全球大气中的不均匀分布,对碳排放、碳循环进行精确地测量,提高对温室气体的自然来源与人为排放的理解,改善全球碳循环模型,更好地表征大气中CO2的变化,进而更准确地预测全球气候变化。

当然个人认为以上这些本职工作都不是重点!

重点是OCO-2还承担着一个也许可以影响世界碳循环和生态研究的重要任务——验证叶绿素荧光制图。在研究之前GOSAT卫星所取得的数据时,研究人员发现了一种在地面被观测到的叶绿素荧光现象,这使得大范围观测这一现象成为可能。OCO-2上搭载的仪器可以准确测量地球大气层中的二氧化碳含量,每秒可进行24次采集,大大超出GOSAT每4秒一次的采集频率。单就采集量而言,OCO-2采集到二氧化碳和荧光数据是同期GOSAT的100倍。

这为啥重要?因为植物只有在进行光合作用时才会发出荧光,所以这种发光直接反映了植物吸收二氧化碳的量。所以这是一种全新的方式观测大规模光合作用变化。有了荧光信号,研究人员可以进行更深入探讨,利用两个组分得到净交换:通过光合作用吸收的碳和通过呼吸碳损失的碳,而且他们可以观察这些因素在不同气候条件下随时间的变化情况。通过精确制图,可以纠正全球碳收支计算中因数据缺失导致的不准确性,这样提供了一种新的工具来评估生态系统在气候变化干热胁迫下的表现。而且,其应用可能会远远超出气候科学研究本身。荧光制图还可以评估错落有致的田地中不同作物的生产力,可能对全球作物产量进行更准确的估计,以及它们如何应对干旱和热浪,这对了解生态系统如何适应气候变化来说是非常有价值的信息。

以上

【知乎用户的回答(1票)】:

如题,首先碳排放监视卫星就是把碳监测仪器绑到卫星上带到太空,这个仪器就是光谱仪,具体就是三通道的分光计,这个仪器是测量二氧化碳的核心仪器,不同的二氧化碳浓度会带来不同的光谱响应,这是基本原理。对于卫星,每种卫星一般都有其针对性,碳排放监视卫星的主要目的就是监测全球二氧化碳浓度,没有太多其他目的,不过这课卫星的产品用于很多,可以做很多关于全球变暖,环境变化的分析。这颗卫星的意义不在于二氧化碳本身,而是二氧化碳背后的因素,比如人类工业活动带来的化石燃料燃烧、燃烧草原森林秸秆等导致二氧化碳浓度升高,监测全球二氧化碳浓度变大可以有效证明全球变暖的发生。

【臧大维的回答(0票)】:

还可以作为美帝国主义打压、干涉第三世界发展的有力舆论武器。

有一天美国侵略一个不听话的国家可以不以大规划杀伤武器为借口了,可以直接告你碳排放超标。

同时,还可以用碳排放作为长期压制第三世界经济社会发展的借口,既达到防止第三世界发展威胁美国霸主地位的战略目的,又道貌岸然,保持贞节牌坊不倒。

【李欧某的回答(0票)】:

这个仪器是测量二氧化碳的核心仪器,不同的二氧化碳浓度会带来不同的光谱响应,这是基本原理

【葛丽敏的回答(0票)】:

每种卫星一般都有其针对性,碳排放监视卫星的主要目的就是监测全球二氧化碳浓度,没有太多其他目的,不过这课卫星的产品用于很多,可以做很多关于全球变暖,环境变化的分析

【林好好的回答(0票)】:

还可以作为美帝国主义打压、干涉第三世界发展的有力舆论武器。

原文地址:知乎


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