回顾 | 世界上首颗森林碳汇主被动联合观测遥感卫星，助力碳 ...

种红薯的逮rs

背景

在第十四届中国国际航空航天博览会上，一个模型吸足了人们的眼球——太空在轨测试的陆地生态系统碳监测卫星模型。研制者为中国航天科技集团五院遥感卫星总体部，这是世界上首颗森林碳汇主被动联合观测的遥感卫星，标志着我国的碳汇监测进入了天基遥感时代。



陆地生态系统碳监测卫星模拟图（来自国家航天局）

大会指出，要积极稳妥推进碳达峰碳中和行动，到2035年我国的生态环境要明显好转，美丽中国的目标基本实现。这颗“碳星”名为“句芒号”，能够对森林植被生物量、气溶胶分布、叶绿素荧光的高精度定量遥感测量。
这也意味着中国的碳汇监测已经从地面走向空间，从平面走向立体，从局部走向全局，为中国的碳中和碳达峰提供更为精确的科学数据，也有利于完成中国的碳减排任务，为缓解气候变化做出中国的贡献。
碳汇监测实现里程碑式跨越

过去，中国的碳汇测量主要依靠人工对森林植被进行抽样监测。从森林面积上看，中国是世界上人工林面积最大的国家，人工林面积已达7954.28万公顷，具有较大的固碳能力。截至2020年年底，中国森林覆盖率达到23.04%，森林蓄积量175亿立方米。按照国家有关部署，到2025年，森林覆盖率将达到24.1%，森林蓄积量达到180亿立方米。未来随着我国森林面积的增长，森林这个碳库的固碳能力还会增加。
对于中国如此巨大的森林碳库，仅仅靠人工和抽样监测碳汇耗时旷日持久。碳星“句芒号”的出现，无论从效率还是准确度来看，与过去的传统方式监测相比，都是一个里程碑式的飞跃。
精准测量整片森林树木高度

森林面积、森林的多样性、树木的茂密度和森林中树木的高度决定了森林能吸收多少碳，而森林的多样性取决于林木大小的多样性，一般采用直径、树高和冠幅3个因素来衡量。
仅以树高而言，树木越高，它下面和周围的生物多样性越丰富，森林固碳的能力越强，而且每棵树木固存了多少碳也可以通过测量树高和直径大致计算出来。



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“句芒”号配置了主动探测的激光雷达和被动探测的遥感相机，并集成到一台载荷上。激光雷达通过点探测可获得森林的垂直高度信息，遥感相机通过面探测获取大范围地面图像。配置的激光雷达和遥感相机达到1秒发射测量激光200次，通过对激光雷达所需的卫星环境和硬件配置进行适应性设计，克服散热等难题，实现了测点间隔由千米级跨越到百米级，对树木的测高精度大幅提升。有了这样的精度，就可以较为准确地测量整片森林树木的高度，从而计算出国内所有森林的固碳能力和数量。
立体观测森林面积和茂密程度

仅仅测量森林中树木的高度当然不足以监测碳汇，还必须测量森林面积和森林茂密程度，为此，中国研究人员为“句芒”号碳星设计安装了5个多角度多光谱相机，实现对地五个角度立体观测，能获得森林的总体概貌。
固碳能力如何估算？
森林的疏密和长势是其固碳能力的要素之一。一般森林据其年龄可分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林，其中中龄林生态系统的固碳速度最大，成熟林和过熟林由于其生物量基本停止增长，对碳的吸收与释放基本平衡。“句芒”号可以从多角度看清森林，因此能知道森林是否由中龄林、近熟林等健康林木构成，从而估算固碳能力和数量。




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碳星装载的两台大角度观测相机把全色谱段改为红边谱段，其余小角度观测相机仍采用传统可见光波段设置，由此能更加全面准确地观测植物氮素含量、叶绿素含量、病虫害、生物量估算等，从而比较精准地计算森林的碳汇。
“碳星”的其他应用
除了森林碳汇监测，“碳星”还可广泛应用于环保、测绘、气象、农业、减灾等领域，支撑作物评估、植物病虫害监测、灾害应急成像等。因此，“碳星”的载荷工作模式组合计算多达47种。除了从硬件上保证各种载荷数据独立传递外，研制团队还从软件上让卫星更加智能化——根据设定的边界条件参数自主辨别海洋、陆地、光照条件，自动规划最佳探测任务流程，实现完全的自主任务规划。
总结

我们的目标是星辰大海，更是绿水青山，“句芒号”的发射无疑为这两个目标的实现插上了翅膀，也为中国在世界范围内提高了航空话语权。
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