2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第75屆聯(lián)合國大會上宣布中國雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)：2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，這一戰(zhàn)略旨在通過控制溫室氣體排放，推動經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，這也是中國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。2021年9月22日，《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》出臺?！兑庖姟芬螅劳泻屯卣棺匀毁Y源調(diào)查監(jiān)測體系，建立生態(tài)系統(tǒng)碳匯監(jiān)測核算體系，開展森林、草原、濕地、海洋、土壤、凍土、巖溶等碳匯本底調(diào)查和碳儲量評估，實(shí)施生態(tài)保護(hù)修復(fù)碳匯成效監(jiān)測評估。
測繪地理信息在雙碳戰(zhàn)略中發(fā)揮著怎樣的作用？中國工程院院士、武漢大學(xué)教授劉經(jīng)南在時空信息賦能數(shù)字生態(tài)文明建設(shè)學(xué)術(shù)研討會上進(jìn)行了闡述。
多源衛(wèi)星遙感與雙碳戰(zhàn)略
劉經(jīng)南院士介紹，多源衛(wèi)星遙感技術(shù)作為先進(jìn)的時空智能與信息感知手段，在雙碳戰(zhàn)略中發(fā)揮著重要作用。它不僅能提供大范圍、高精度、連續(xù)性的地球表面信息，還能有效監(jiān)測和評估全球大氣溫室氣體濃度信息，利用人工智能技術(shù)來處理和分析遙感獲取的數(shù)據(jù)，精確、高效、自動提取和識別遙感圖像中的特定目標(biāo)，獲取碳排放和碳匯時空分布和變化情況，為雙碳戰(zhàn)略制定、實(shí)施、評估提供科學(xué)依據(jù)。
通過多源衛(wèi)星遙感技術(shù)獲得的雙碳數(shù)據(jù)主要包括多光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可獲取植被種類、長勢變化、覆蓋面積等信息；激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，可得出植被高度、蓄積量等信息；SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可獲得森林生物量數(shù)據(jù)。歐洲及日本、美國、加拿大、中國還相繼發(fā)射了具備二氧化碳濃度監(jiān)測能力的衛(wèi)星，可以監(jiān)測二氧化碳和甲烷，反演植被葉綠素?zé)晒?，精確估算全球植被光合生產(chǎn)力。
隨著減少碳排放以應(yīng)對氣候變化逐步成為全球共識，中國出臺了一系列指導(dǎo)政策，在《2019 IPCC國家溫室氣體清單指南》中，明確增加了基于衛(wèi)星遙感的排放清單校驗(yàn)方法，多源衛(wèi)星遙感在雙碳戰(zhàn)略中有關(guān)鍵應(yīng)用。2021年10月，國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動方案》提出：推進(jìn)碳排放實(shí)測技術(shù)發(fā)展，加快遙感測量、大數(shù)據(jù)、云計算等新興技術(shù)在碳排放實(shí)測技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
“碳監(jiān)測指通過遙感、地基綜合觀測，結(jié)合數(shù)值模擬、統(tǒng)計分析等手段，獲取溫室氣體排放強(qiáng)度、環(huán)境中濃度、生態(tài)系統(tǒng)碳匯等狀況及其變化趨勢信息，為碳源定量核查、碳匯定量分析、碳價格波動預(yù)測、碳指數(shù)報告等方面提供技術(shù)支撐，為應(yīng)對氣候變化提供決策支持?！眲⒔?jīng)南院士說。
世界各地碳源監(jiān)測進(jìn)展
劉經(jīng)南院士介紹了目前世界各國碳源監(jiān)測進(jìn)展情況。
美國在溫室氣體遙感探測方面走在國際前列。2014年7月美國發(fā)射了“OCO-2”二氧化碳觀測衛(wèi)星，12月首次發(fā)布了全球二氧化碳濃度分布圖。2019年5月美國在國際空間站搭載了“OCO-3”衛(wèi)星，同時可在黎明到黑夜一天周期內(nèi)觀測獲取二氧化碳和植物光合作用數(shù)據(jù)，極大地擴(kuò)展了局地和點(diǎn)源目標(biāo)測碳能力。
歐洲在溫室氣體衛(wèi)星遙感探測方面起步最早，并將溫室氣體衛(wèi)星遙感列入最優(yōu)先的空間觀測計劃。2002年歐空局（ESA）開展了碳監(jiān)測項(xiàng)目，旨在用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測和研究全球碳循環(huán)以及氣候變化。該項(xiàng)目通過利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，包括大氣成分、陸地覆蓋和海洋表面等方面的觀測數(shù)據(jù)，監(jiān)測和量化全球的碳排放和吸收，從而更好地了解和預(yù)測氣候變化的趨勢。
加拿大目前運(yùn)行著世界上最大的溫室氣體監(jiān)測衛(wèi)星星座GHGSat，它能快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)溫室氣體排放源，特別是提高了對甲烷排放的監(jiān)測，甲烷對大氣增溫效應(yīng)強(qiáng)度較二氧化碳要高出80倍。研究人員通過星座GHGSat，分析了美國加州貝殼斯菲爾德附近奶牛飼養(yǎng)場的甲烷排放，發(fā)現(xiàn)這個廠區(qū)牛打嗝每小時釋放約443公斤到668公斤的甲烷，如果這樣的排放持續(xù)一年，將會在地球大氣中增加5千噸甲烷，相當(dāng)于40萬噸二氧化碳的增溫強(qiáng)度。
中國在2016年12月成功發(fā)射了全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，簡稱碳衛(wèi)星，搭載了高光譜二氧化碳探測儀和多譜段云氣溶膠偏振成像儀。2017年11月，中國成功發(fā)射了風(fēng)云3號衛(wèi)星，所攜帶的高光譜溫室氣體監(jiān)測儀用于監(jiān)測二氧化碳等全球溫室氣體濃度變化。風(fēng)云3號衛(wèi)星的后續(xù)星也將搭載高光譜溫室氣體監(jiān)測儀，實(shí)現(xiàn)全球大氣溫室氣體的高精度監(jiān)測。2018年5月，中國又成功發(fā)射了高分5號衛(wèi)星，搭載的溫室氣體監(jiān)測儀可以定量檢測二氧化碳、甲烷的全球濃度分布變化。2021年9月發(fā)射了高分5號02星。2022年4月，中國發(fā)射了大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星，首次實(shí)現(xiàn)高精度、全天時、全球探測，達(dá)到國際先進(jìn)水平。2023年，北京未來宇航空間科技有限公司發(fā)布了全球首個基于高光譜碳監(jiān)測的商業(yè)衛(wèi)星星座“未來碳星計劃”，該星座由33顆衛(wèi)星組成，每顆衛(wèi)星搭載高光譜相機(jī)和星間激光通信荷載，可以實(shí)現(xiàn)全球范圍快速監(jiān)測和重點(diǎn)目標(biāo)小時級的觀測能力，計劃2025年底前完成發(fā)射。
面臨挑戰(zhàn)及對策
盡管多源遙感在雙碳戰(zhàn)略中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但仍然存在著諸多挑戰(zhàn)。比如，碳監(jiān)測遙感數(shù)據(jù)的時空尺度和精度有待提升，衛(wèi)星遙感對混合氣體區(qū)分識別困難，天地基監(jiān)測數(shù)據(jù)融合問題需突破，衛(wèi)星遙感算法模型、檢測精度驗(yàn)證受限等。
面對諸多挑戰(zhàn)，劉經(jīng)南院士給出的路徑是——借助北斗時空技術(shù)，助力雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
北斗系統(tǒng)是我國自主建設(shè)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有定位、導(dǎo)航、授時、短報文通信等多種功能，不僅可以為二氧化碳監(jiān)測提供高精度的位置、時間、速度等信息，還能通過其通信功能，實(shí)現(xiàn)二氧化碳監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸和共享。北斗系統(tǒng)還可以和其他空間技術(shù)（如衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星通信等）和地面技術(shù)（如物聯(lián)網(wǎng)、云計算等）相融合，構(gòu)建多源數(shù)據(jù)融合的二氧化碳監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，提高碳監(jiān)測的全面性和可靠性?；诒倍废到y(tǒng)的碳源碳匯觀測具有觀測精度高、效率高、范圍廣的特點(diǎn)，未來將向著高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率、更廣義的碳監(jiān)測等方向發(fā)展。
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