——測得一片森林的蓄積量，就需要知道樹木的高度，掌握樹木的輪廓，清楚森林的面積?！熬涿⑻?hào)”借助多波束激光雷達(dá)，通過計(jì)算激光到樹冠和地面的時(shí)間差，算得樹木高度。衛(wèi)星每次測量發(fā)射激光的波束數(shù)量、頻次決定了測量精度。黃縉說：“為此，激光雷達(dá)同時(shí)發(fā)射5個(gè)激光波束，每個(gè)波束一秒鐘內(nèi)打40個(gè)點(diǎn)，整顆衛(wèi)星一秒鐘打點(diǎn)高達(dá)200個(gè)?！?/div>
對(duì)于樹木的輪廓，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。
團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將負(fù)責(zé)主動(dòng)探測的激光雷達(dá)和負(fù)責(zé)被動(dòng)探測的遙感相機(jī)，集成到同一臺(tái)載荷上。激光雷達(dá)通過點(diǎn)探測，獲得森林垂直高度信息，高分辨率遙感相機(jī)則通過面探測，獲取大范圍地面圖像，從而掌握森林面積、樹種等信息。
——森林通過光合作用吸收二氧化碳的量是有限的，當(dāng)其達(dá)到某個(gè)飽和點(diǎn)或者說一定的樹齡后，對(duì)碳中和的貢獻(xiàn)將可能大大減弱。這就需要通過捕捉葉綠素?zé)晒?，來了解植被的光合作用?qiáng)弱，掌握植被的碳吸收能力。
葉綠素?zé)晒獾墓庾V范圍狹窄，只有100多納米的寬度。為此，團(tuán)隊(duì)努力將超光譜探測儀的光譜分辨率較傳統(tǒng)提升10倍，有效地“抓住”躲藏在某個(gè)漸變色角落里的葉綠素?zé)晒狻?/div>
——為了去除大氣對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，團(tuán)隊(duì)為“句芒號(hào)”專門配置了偏振成像儀來監(jiān)測大氣PM2.5含量，獲取大氣橫向PM2.5含量信息。另增配了大氣激光雷達(dá)，獲取大氣縱向PM2.5含量信息。
黃縉說：“多個(gè)波束的激光雷達(dá)和一臺(tái)探測地面圖像的高分辨率相機(jī)集成在一個(gè)載荷里面，導(dǎo)致第一版方案出來的時(shí)候，載荷重量超出火箭運(yùn)載能力。只能一個(gè)元件一個(gè)元件去摳它的重量應(yīng)該控制在多少?！苯?jīng)歷好幾輪方案的優(yōu)化迭代后，載荷才“瘦身”成功。
“句芒號(hào)”由火箭成功運(yùn)載發(fā)射后，進(jìn)入在軌測試，載荷隨即開始正常運(yùn)作。目前，應(yīng)用系統(tǒng)在持續(xù)接收“句芒號(hào)”測得的森林多維度遙感數(shù)據(jù)，并同步將其反演成森林碳匯信息。
把碳匯“翻譯”出來
2022年8月6日下午，“句芒號(hào)”發(fā)射兩天以后，團(tuán)隊(duì)第一次拿到衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，看到了波形和圖像。這之后，確保數(shù)據(jù)精確，還需要經(jīng)歷一個(gè)標(biāo)校過程。
黃縉說，數(shù)據(jù)標(biāo)校，需要有人去森林中實(shí)地測量，然后將衛(wèi)星數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比，修正衛(wèi)星數(shù)據(jù)誤差。修正數(shù)據(jù)后，國家林業(yè)和草原局的應(yīng)用系統(tǒng)操作團(tuán)隊(duì)會(huì)把參數(shù)和算法調(diào)適到匹配完備、足以進(jìn)行最終數(shù)據(jù)發(fā)布的狀態(tài)——“句芒號(hào)”目前所處的階段。之后，便是衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)布和業(yè)務(wù)化運(yùn)行。
黃縉說，從衛(wèi)星數(shù)據(jù)到碳匯信息，“句芒號(hào)”解決的是“能不能”。至于“怎么能”，需要經(jīng)歷一個(gè)數(shù)據(jù)“翻譯”的過程。應(yīng)用系統(tǒng)操作團(tuán)隊(duì)通過對(duì)地面森林樣地的測量獲取不同樹種的基礎(chǔ)信息，然后就不同樹種，分別建立將蓄積量換算成碳匯的算法。這樣，“句芒號(hào)”測得森林蓄積量后，結(jié)合樹種與其對(duì)應(yīng)的算法，蓄積量就可被“翻譯”為碳匯。
曹海翊說，“句芒號(hào)”搭載的高分辨率遙感相機(jī)可以區(qū)分出植被是針葉林還是闊葉林，“這是一個(gè)重要的樹種區(qū)分”，然后需要結(jié)合已有的森林樹種調(diào)研資料，完成更細(xì)致的樹種區(qū)分。
也就是說，“句芒號(hào)”本身數(shù)據(jù)的精確之外，國家林業(yè)和草原局掌握的森林樹種、面積、高度、年齡等資料，能讓“翻譯”更加高效。
但對(duì)于零星的、散點(diǎn)的樹木種植，人工測量碳匯依然具有優(yōu)勢。曹海翊說，在更加復(fù)雜、隨機(jī)的植被覆蓋狀態(tài)下，人工測量可以比衛(wèi)星監(jiān)測獲得更為充分和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)?！熬湍壳岸?，人工測量碳匯和衛(wèi)星監(jiān)測可以說是相輔相成的?！?/div>
“句芒號(hào)”將提高中國相關(guān)領(lǐng)域話語權(quán)，更好維護(hù)中國和發(fā)展中國家的權(quán)益。
北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院教授唐志堯告訴《瞭望》新聞周刊，“句芒號(hào)”衛(wèi)星，體現(xiàn)了中國自主的區(qū)域及全球碳匯強(qiáng)度、潛力評(píng)估技術(shù)進(jìn)步?！斑@不僅有利于我國碳中和政策制定與政策實(shí)施成效評(píng)估，也讓中國掌握了國際碳匯計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)建立、國際減排責(zé)任分配以及國際碳交易的主動(dòng)權(quán)?！?/div>
“目前國際上公布的碳匯核算結(jié)果，往往由于出自不同的組織機(jī)構(gòu)、模型方法或數(shù)據(jù)來源，表現(xiàn)出較大的差異性和不確定性?！鼻迦A大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所副研究員趙秀生對(duì)本刊記者表示，未來如果能結(jié)合衛(wèi)星提供的監(jiān)測信息和演變動(dòng)態(tài)進(jìn)行碳匯評(píng)估，“會(huì)提高評(píng)估結(jié)果公信力，增強(qiáng)我國在碳匯計(jì)量與核算方法上的話語權(quán)”。
唐志堯認(rèn)為，中國精準(zhǔn)評(píng)估全球各國碳匯強(qiáng)度與潛力，為其他國家特別是發(fā)展中國家設(shè)立碳中和目標(biāo)，探尋碳中和途徑提供了基礎(chǔ)。“將為維護(hù)發(fā)展中國家在減排責(zé)任分配及國際碳交易上的權(quán)益提供有力技術(shù)支持。”
5群
