刘经南院士：多源遥感赋能双碳战略
2020年9月22日，国家主席习近平在第75届联合国大会上宣布中国双碳战略目标：2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和，这一战略旨在通过控制温室气体排放，推动经济社会发展全面绿色转型，这也是中国实现可持续发展的必由之路。2021年9月22日，《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》出台。《意见》要求，依托和拓展自然资源调查监测体系，建立生态系统碳汇监测核算体系，开展森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土、岩溶等碳汇本底调查和碳储量评估，实施生态保护修复碳汇成效监测评估。
测绘地理信息在双碳战略中发挥着怎样的作用？中国工程院院士、武汉大学教授刘经南在时空信息赋能数字生态文明建设学术研讨会上进行了阐述。
刘经南院士介绍，多源卫星遥感技术作为先进的时空智能与信息感知手段，在双碳战略中发挥着重要作用。它不仅能提供大范围、高精度、连续性的地球表面信息，还能有效监测和评估全球大气温室气体浓度信息，利用人工智能技术来处理和分析遥感获取的数据，精确、高效、自动提取和识别遥感图像中的特定目标，获取碳排放和碳汇时空分布和变化情况，为双碳战略制定、实施、评估提供科学依据。
通过多源卫星遥感技术获得的双碳数据主要包括多光谱卫星数据，可获取植被种类、长势变化、覆盖面积等信息；激光雷达数据，可得出植被高度、蓄积量等信息；SAR卫星数据，可获得森林生物量数据。欧洲及日本、美国、加拿大、中国还相继发射了具备二氧化碳浓度监测能力的卫星，可以监测二氧化碳和甲烷，反演植被叶绿素荧光，精确估算全球植被光合生产力。
随着减少碳排放以应对气候变化逐步成为全球共识，中国出台了一系列指导政策，在《2019 IPCC国家温室气体清单指南》中，明确增加了基于卫星遥感的排放清单校验方法，多源卫星遥感在双碳战略中有关键应用。2021年10月，国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出：推进碳排放实测技术发展，加快遥感测量、大数据、云计算等新兴技术在碳排放实测技术领域的应用。
“碳监测指通过遥感、地基综合观测，结合数值模拟、统计分析等手段，获取温室气体排放强度、环境中浓度、生态系统碳汇等状况及其变化趋势信息，为碳源定量核查、碳汇定量分析、碳价格波动预测、碳指数报告等方面提供技术支撑，为应对气候变化提供决策支持。”刘经南院士说。
世界各地碳源监测进展
刘经南院士介绍了目前世界各国碳源监测进展情况。
美国在温室气体遥感探测方面走在国际前列。2014年7月美国发射了“OCO-2”二氧化碳观测卫星，12月首次发布了全球二氧化碳浓度分布图。2019年5月美国在国际空间站搭载了“OCO-3”卫星，同时可在黎明到黑夜一天周期内观测获取二氧化碳和植物光合作用数据，极大地扩展了局地和点源目标测碳能力。
欧洲在温室气体卫星遥感探测方面起步最早，并将温室气体卫星遥感列入最优先的空间观测计划。2002年欧空局（ESA）开展了碳监测项目，旨在用卫星遥感技术监测和研究全球碳循环以及气候变化。该项目通过利用卫星数据，包括大气成分、陆地覆盖和海洋表面等方面的观测数据，监测和量化全球的碳排放和吸收，从而更好地了解和预测气候变化的趋势。
加拿大目前运行着世界上最大的温室气体监测卫星星座GHGSat，它能快速准确地发现温室气体排放源，特别是提高了对甲烷排放的监测，甲烷对大气增温效应强度较二氧化碳要高出80倍。研究人员通过星座GHGSat，分析了美国加州贝壳斯菲尔德附近奶牛饲养场的甲烷排放，发现这个厂区牛打嗝每小时释放约443公斤到668公斤的甲烷，如果这样的排放持续一年，将会在地球大气中增加5千吨甲烷，相当于40万吨二氧化碳的增温强度。
中国在2016年12月成功发射了全球二氧化碳监测科学实验卫星，简称碳卫星，搭载了高光谱二氧化碳探测仪和多谱段云气溶胶偏振成像仪。2017年11月，中国成功发射了风云3号卫星，所携带的高光谱温室气体监测仪用于监测二氧化碳等全球温室气体浓度变化。风云3号卫星的后续星也将搭载高光谱温室气体监测仪，实现全球大气温室气体的高精度监测。2018年5月，中国又成功发射了高分5号卫星，搭载的温室气体监测仪可以定量检测二氧化碳、甲烷的全球浓度分布变化。2021年9月发射了高分5号02星。2022年4月，中国发射了大气环境监测卫星，首次实现高精度、全天时、全球探测，达到国际先进水平。2023年，北京未来宇航空间科技有限公司发布了全球首个基于高光谱碳监测的商业卫星星座“未来碳星计划”，该星座由33颗卫星组成，每颗卫星搭载高光谱相机和星间激光通信荷载，可以实现全球范围快速监测和重点目标小时级的观测能力，计划2025年底前完成发射。
面临挑战及对策
尽管多源遥感在双碳战略中发挥着至关重要的作用，但仍然存在着诸多挑战。比如，碳监测遥感数据的时空尺度和精度有待提升，卫星遥感对混合气体区分识别困难，天地基监测数据融合问题需突破，卫星遥感算法模型、检测精度验证受限等。
面对诸多挑战，刘经南院士给出的路径是——借助北斗时空技术，助力双碳目标实现。
北斗系统是我国自主建设的全球卫星导航系统，具有定位、导航、授时、短报文通信等多种功能，不仅可以为二氧化碳监测提供高精度的位置、时间、速度等信息，还能通过其通信功能，实现二氧化碳监测数据的实时传输和共享。北斗系统还可以和其他空间技术（如卫星遥感、卫星通信等）和地面技术（如物联网、云计算等）相融合，构建多源数据融合的二氧化碳监测网络，提高碳监测的全面性和可靠性。基于北斗系统的碳源碳汇观测具有观测精度高、效率高、范围广的特点，未来将向着高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、更广义的碳监测等方向发展。
