“全球已经变暖”，这是真实而正在发生的事实。随之而来的是日益频发的极端天气、逐渐恶化的生态环境，还有“我们是否正在失去地球家园”的担忧。
抑制全球增温，温室气体减排是最有效途径。为确保减排进程与全球温控目标同步，《巴黎协定》建立了5年一次的全球盘点机制。我国也设定了明确的目标：计划在2030年前实现碳达峰，并在2060年前实现碳中和。
2022年，由航天科技集团八院抓总研制的大气环境监测卫星（大气一号卫星）顺利“上岗”，建立了全球大气细颗粒物监测和大气污染大范围高精度监测能力。
4年后，4月17日12时10分，同样由八院抓总研制的高精度温室气体综合探测卫星（大气二号卫星）发射升空，它要和大气一号卫星协同观测，大幅提升全球温室气体、污染气体和气溶胶等大气环境要素观测的时效性。
4月22日，新华社受权发布《中共中央办公厅 国务院办公厅关于更高水平更高质量做好节能降碳工作的意见》，提出节能降碳是推进碳达峰碳中和、加快发展方式绿色转型的重要抓手，是维护国家能源安全、促进产业提质升级的重要支撑。
中国“监碳”出新招，我国正在为完成“双碳”目标付出实实在在的行动。
造一把中国的“碳尺子”
要度量和评估全球温室气体碳排放，首先得有一把精准的尺子。2028年《巴黎协定》全球盘点迫近，这把“尺子”是什么、谁说了算，不仅关乎科学，更深嵌着大国博弈与气候治理的话语权。
过去，这把尺子的刻度，并不完全在我们手中。而如今大气二号卫星成功入轨，是要为全球碳排放核查提供一套全面、不可辩驳的“中国算法”。大气二号卫星搭载的激光雷达在太空中持续向地面发射多波长激光，而大气中二氧化碳对1572纳米波段不同波长的吸收特性存在明显区别。通过对发射激光与地面、云层回波信号的监测，解算差分光学厚度，再以积分方式反演得到从地表至大气层顶的二氧化碳柱浓度，就能够实现对温室气体的主动高精度探测。
“同时，该激光雷达还同步发射532纳米和1064纳米波长的激光，用于云和气溶胶探测，可获取大气垂直方向不同高度的云和气溶胶分布信息，研究其对大气环境的影响，并据此进一步修正二氧化碳探测结果，提升观测精度。”航天科技集团朱文山说。
有人疑惑，高分五号卫星、风云三号H星等卫星都具备一定的温室气体探测功能，为什么还需要专门发射大气系列卫星？
朱文山表示，诸如高分、风云等卫星有些载荷具备一定“监碳”的功能，但在探测精度、时空连续性上，尚不足以系统性地支撑我国对温室气体排放的全面监测需求。而作为陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”，它的核心使命在于定量监测“碳汇”，与监测“碳源”的大气二号卫星工作方向并不相同。
监测“碳汇”，即精确评估通过森林、草原等生态系统吸收并固定大气中二氧化碳的过程与能力；而监测“碳源”，则是动态监测全球大气中温室气体浓度及其排放源。这是同一目标下两个不可或缺的互补维度。
大气系列卫星的诞生，正是为了应对这种系统性需求。朱文山回忆道，十多年前我国面临严峻的大气污染挑战，从那时起，通过建设专用卫星进行全面、系统监测，从根本上改善我们的环境，就成为最迫切的初衷。
精准测量地球呼吸的“脉搏”
高精度温室气体综合探测卫星，从名字上来看，这就是为监测温室气体而生的卫星。
航天科技集团曹琼表示，大气二号卫星包含5个载荷，其中大气激光探测雷达是对温室气体主动探测的关键，宽幅高光谱温室气体监测仪、紫外高光谱大气成分探测仪、红外高光谱大气成分探测仪、云和气溶胶成像仪是实施被动大气探测的4个载荷。
曹琼介绍，借助这些载荷，大气二号卫星实现了2个“国际首次”：一是国际首次通过主被动联合探测温室气体，实现高精度的宽幅温室气体全球观测；二是国际首次实现成像体制下天底与临边同步观测，同时获取大气成分水平分布和垂直结构信息，使大气立体探测能力具备更高时效性。
“宽幅高光谱温室气体监测仪能覆盖80多公里的范围，视野广、效率高。但被动探测依赖阳光，也受云的影响很大，所以精准的主动探测非常有必要。”曹琼补充，主动探测虽然能够获取精确的垂直剖面信息，但难以实现高频次、宽覆盖，因而主被动联合探测是最优解。一个是“看得广、看得勤”，一个是“看得准、看得深”，二者结合，便是“野心勃勃”的大气二号卫星。而这种“野心”的实现，需要卫星研制团队“过五关、斩六将”。
宽幅高光谱温室气体监测仪是被动探测的重要载荷。为了确保监测数据准确可靠，卫星研制团队需要采用大面积、高效率的全息浸没光栅。“这个光栅的研制，我们总共经历过14轮工艺验证，历时5年，非常不容易。”曹琼补充，卫星需要在皮米（一万亿分之一米）量级光谱分辨率下灵敏地捕捉到微弱信号，所以研制团队需要极限“压榨”作为高光谱分光组件的光栅、短波红外探测组件的性能。
卫星团队就像在造一把前所未有的、极度精密的尺子，量的不是长度，而是地球呼吸的“脉搏”。每一分精度，都意味着在未来全球盘点的谈判桌上，多一份科学的底气和话语权。
从“大海捞针”到“天地协同”
当大气二号卫星在太空传回海量的遥感数据，我国天基碳监测的能力和水平得以验证。
“此前，国际上公认的碳排放核算体系是依据‘活动数据’与‘排放因子’进行估算的，这种自下而上的统计方法因核算边界、数据来源等影响，可能与真实情况存在偏差。而通过大气二号卫星我们能够自上而下开展全球碳排放情况的精确监测。”朱文山说。
大气二号卫星将持续开展二氧化碳柱浓度监测，实现全球、全天时、高精度、宽幅的二氧化碳监测，可以有力支撑我国碳监测试点等工作。
“在大气环境监测方面，大气二号卫星也会协同有关遥感数据，开展全国或重点区域大气颗粒物、甲醛、臭氧等监测，最高可实现一天两次数据更新，为国民的空气质量保障提供技术支撑。”曹琼说。
天上的卫星对全球进行观测，快速扫描出二氧化碳总量分布与大气污染的宏观图景，并精准锁定异常区域。地面站点获取的高精度实测数据，也可以持续优化和校准遥感数据的反演算法。如此，整个监测系统如同一个不断学习、进化的生命体，越用越活、越用越准，我国在大气探测领域将不断迈上新台阶。
