近日，中国科学院大气物理研究所联合中国科学院微小卫星创新研究院、生态环境部环境卫星应用中心、英国爱丁堡大学等国内外单位，提出并研制了面向我国下一代碳卫星（TanSat-2）碳监测、核算的新方法、新系统。仿真观测显示，这一方法可成功区分核算碳汇和人为碳排放。相关成果发表于《大气科学进展》。
我国下一代碳卫星协同观测示意图 大气所供图
地球像一本巨大的碳账本。过去，碳卫星能够看到大气中二氧化碳浓度的“余额”变化，却难以分清变化究竟来自化石燃料燃烧，还是来自植物生长和生态系统交换。TanSat-2的核心目标任务之一，就是给碳卫星装上“放大镜”，把碳账本拆得更清楚。
论文第一作者、中国科学院大气物理研究所研究员杨东旭表示，这意味着未来碳卫星不再只回答“大气中有多少二氧化碳”，还要进一步回答“谁在排、谁在吸”。
TanSat-2是面向下一代全球碳监测需求设计的全新卫星体系，拟搭载高光谱光栅光谱仪，观测CO2、CH4等温室气体，同时开展太阳诱导叶绿素荧光（SIF）的观测，具备约1000公里瞬时视场和3000公里横向摆扫能力。
“更宽的观测幅宽意味着更高的空间和时间采样密度，也更有机会减少云、气溶胶和低太阳高度角造成的观测空缺。”杨东旭表示。
这项研究把两类互补线索放进同一个反演框架：一类是大气CO2浓度，反映地表碳交换在空气中留下的综合信号；另一类是SIF，它是植物进行光合作用时发出的微弱“荧光信号”，可以帮助识别陆地生态系统的生产力。把两类观测结合在一起，就能更有效地区分自然碳汇与人为化石燃料排放。
杨东旭介绍，研究利用经验正交函数方法，提取净初级生产力和化石燃料燃烧排放的主要时空变化模态，利用不同碳收支过程在时间和空间上的差异，区分其对二氧化碳浓度变化的贡献。
为评估卫星未来能力，团队自主研发了碳卫星观测轨道模拟器，综合考虑大气条件、地表特征等多种影响因素，尽可能真实地模拟卫星在太空中的观测过程和观测数据。之后采用观测系统模拟实验，在已知答案的虚拟碳循环世界中模拟TanSat-2观测数据，再检验反演系统能否准确“找回”预设的碳排放和碳汇。
模拟结果显示，在理想的低偏差条件下，TanSat-2 的协同观测能够显著提升反演能力。净初级生产力误差不确定度在西伯利亚和亚马逊等区域最多降低约95%；化石燃料排放估计在西伯利亚、北亚、美国和南非等区域也可获得约80%的误差不确定度降低。
研究同时提醒，大幅宽不是万能钥匙。当观测数据存在系统性偏差时，更多数据也可能把偏差一起带进反演系统。因此，未来碳卫星不仅要“扫得宽”，还必须“量得准”。
杨东旭表示，全球减排和碳中和目标需要可信的监测、报告与核查体系。研究开发的误差矩阵工具，也为TanSat-2及未来二氧化碳卫星任务设计提供了一个可量化的评估框架。
“卫星并不能独自完成所有碳监测任务。云、气溶胶和污染条件会造成观测空缺，复杂地表也会引入不确定性。可靠的全球和区域碳通量监测需要卫星、地基、航空和原位观测共同支撑。”杨东旭说。（来源：中国科学报 高雅丽）
相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s00376-026-6150-1.