中新社北京8月4日電 (馬帥莎 李莉)8月4日，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星(簡稱“碳星”)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心由長征四號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射，其主要任務(wù)是監(jiān)測陸地生態(tài)系統(tǒng)能吸收多少二氧化碳，即考察陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力，為中國推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和提供重要的遙感支撐。

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過去，中國傳統(tǒng)的碳匯測量主要依靠人工對森林植被進(jìn)行抽樣監(jiān)測，碳星的應(yīng)用標(biāo)志著中國碳匯監(jiān)測進(jìn)入天基遙感時(shí)代。該衛(wèi)星由中國航天科技集團(tuán)五院遙感衛(wèi)星總體部抓總研制，是世界首顆森林碳匯主被動(dòng)聯(lián)合觀測的遙感衛(wèi)星，能實(shí)現(xiàn)對森林植被生物量、氣溶膠分布、葉綠素?zé)晒獾母呔榷窟b感測量。

據(jù)悉，植被高度、植被面積、葉綠素?zé)晒夂痛髿釶M2.5含量是計(jì)算森林碳匯能力的核心數(shù)據(jù)。作為森林碳匯監(jiān)測的“專業(yè)星”，碳星配置了多波束激光雷達(dá)、多角度多光譜相機(jī)、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷支持獲取以上數(shù)據(jù)。

測量森林的“天外之尺”

借助多波束激光雷達(dá)，碳星通過計(jì)算激光到樹冠和地面的時(shí)間差計(jì)算樹木高度，衛(wèi)星一次測量發(fā)射出激光的光束數(shù)量、發(fā)射頻次則決定測量精度。然而要在數(shù)百公里高的衛(wèi)星軌道上實(shí)現(xiàn)精確測量并不容易。

由于衛(wèi)星軌道較高，大部分的激光能量會(huì)耗散在路上，這就要求激光發(fā)射系統(tǒng)向地面射出的激光能量必須足夠強(qiáng)，激光接收系統(tǒng)足夠靈敏，能將微弱的回波信號(hào)從太陽光等強(qiáng)噪聲里提取出來。此外，激光發(fā)射和接收系統(tǒng)還必須精確對準(zhǔn)地面同一個(gè)目標(biāo)。

對此，多波束激光雷達(dá)采用了主被動(dòng)一體化的方式進(jìn)行探測，首次將負(fù)責(zé)主動(dòng)探測的激光雷達(dá)和被動(dòng)探測的遙感相機(jī)集成到一臺(tái)載荷上。激光雷達(dá)通過點(diǎn)探測可獲得森林的垂直高度信息，遙感相機(jī)通過面探測獲取大范圍地面圖像。

三維立體“多目”瞰森林

為了準(zhǔn)確還原森林茂密程度，研制團(tuán)隊(duì)為衛(wèi)星設(shè)計(jì)安裝了5個(gè)多光譜相機(jī)，實(shí)現(xiàn)對地五個(gè)角度立體觀測。

在對植被的觀測中，多角度多光譜相機(jī)可分別從垂直0度、正負(fù)19度、正負(fù)41度5個(gè)方向獲取同一地面景物的多光譜圖像數(shù)據(jù)，不僅能看清森林冠頂，還能看清其側(cè)面，了解森林的疏密分布、健康、長勢等情況。

此外，這些不同角度的相機(jī)還能“看”出森林的健康情況，進(jìn)而推算其固碳能力。根據(jù)健康植被的紅邊波段反射率會(huì)大幅上升這一特點(diǎn)，研制團(tuán)隊(duì)將其中兩臺(tái)大角度觀測相機(jī)全色譜段改為紅邊譜段，其余小角度觀測相機(jī)仍采用傳統(tǒng)可見光波段設(shè)置，這樣能更加全面準(zhǔn)確地觀測植物氮素含量、葉綠素含量、病蟲害、生物量估算等。

追捕葉綠素?zé)晒?/strong>

葉綠素是植被光合作用的關(guān)鍵影響因素，葉綠素?zé)晒獾奶綔y直接關(guān)系大尺度的植被光合作用動(dòng)態(tài)監(jiān)測，成為碳匯監(jiān)測重要環(huán)節(jié)。

葉綠素?zé)晒獾墓庾V范圍狹窄，僅納米級(jí)寬度，在自然光中探尋它，相當(dāng)于在圖書架里尋找一紙密文，并且其能量在植被反射能量中也非常微弱。

對此，科研人員為碳星配置了超光譜探測儀，將光譜分辨率較傳統(tǒng)提升10倍，實(shí)現(xiàn)國際首次0.3納米精細(xì)探測，可探測到人眼無法辨識(shí)的細(xì)微的太陽光明暗變化。它能將670納米至780納米這段光的顏色展分成1000多個(gè)漸變色彩，更有效地尋找“躲藏”在某個(gè)漸變色角落里的葉綠素?zé)晒狻?完)