“句芒号”升空我国碳汇监测进入天基遥感时代

人民网北京8元8元11元08: 00我国在太原卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭，成功发射首颗陆地生态系统碳监测卫星“巨宇(黄敏贤非毕岱·雪兰)芒”。

陆地生态系统碳监测卫星是世界上首颗对森林碳汇进行主被动观测的遥感卫星，可实现森林植被生物量、气溶胶分布和叶绿素荧光的高精度定量遥感测量。

据这颗卫星的总体研究单位航天科技集团五院遥感卫星总体部专家介绍，我国传统的碳汇测量主要依靠人工对森林植被进行采样监测。“句芒”的应用将改变这一局面，标志着我国碳汇监测进入天基遥感时代。

“跨界”应用，天基碳汇监测计划诞生。

据介绍，森林碳汇监测需要高精度的植被数据作为支撑。为了满足这一要求，研究团队大胆“跨界”，创新性地将天基测绘“激光雷达??+光学相机”为代表的主被动联合观测手段应用于森林监测。

获取高精度的植被高度和面积信息是森林碳汇监测的关键，对应卫星设计，对激光雷达和多光谱相机提出了很高的要求。

为使卫星一步到位具备高精度森林碳汇监测能力，卫星科研团队在现有技术基础上，从性能提升、配置方式、总体设计等方面进行创新突破，最终以“激光雷达波束加倍、重复频率提高30元以上、配置??5?多光谱相机从??5?角度综合观测”的方案满足森林碳汇监测需求。

这种主被动联合观测模式不仅充分发挥了激光雷达和多光谱相机的优势，还可以通过激光标定多光谱相机的精度，是天基森林碳汇监测的极佳方案。

创新攻关实践碳汇监测“多面手”。

植被高度、植被面积、叶绿素荧光和大气PM2.5元含量是计算森林碳汇能力的核心数据。

作为森林碳汇监测的“专业星”，该星搭载了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、高光谱探测器、多角度偏振成像仪等4???载荷，支持上述数据的采集。其先进的技术也能保证数据的“准、全、细、精”。

植被高度测量结果准确。实际上，陆地生态系统碳监测卫星利用多波束激光雷达测量植被高度是一个采样测量过程。树木的高度是通过计算激光与树冠和地面的时间差来计算的，测量精度是由卫星测量一次发射的激光束的数量和频率来决定的。为了最大限度地提高植被测高的数据精度，RD团队通过数据反演、模拟分析、应用测试等，实现了1元秒发射测量200元次激光的能力。，并自适应设计了激光雷达所需的卫星环境和硬件配置，克服了散热等问题，最终实现了测点跨度从千米级到百米级，大大提高了植被测高的精度。

得到“完整”的植被面积。为了准确还原森林密度，研究团队大胆创新，巧妙解决，为卫星设计安装了??5?多光谱相机，实现了对地球??5?角的三维观测。同时，为了避免阳光和植被遮挡的影响，研究团队创新性地提出了月球定标方法，以保证??5?角成像的光谱响应一致。在实现这些能力后，??5?角多光谱相机可以帮助卫星绘制“三维”植被分布图，并精确覆盖观测区域内的植物和树木。

荧光检测“没事”。它是影响植被光合作用的关键因素，叶绿素荧光的高精度制图是句芒支持的高精度碳汇监测的重要环节。但是叶绿素荧光的能量很小，只有0.5元左右% ~逃命室:锦标赛冠军%是以荧光的形式发出的。为了提高叶绿素光谱探测精度，科研人员为卫星设计配置了高光谱探测器，创新性地利用光栅分光原理，光谱分辨率比传统提高了5倍，实现了国际首创的0.3nm元纳米精细探测，可以探测到人眼不可见的太阳光细微明暗变化。

大气数据的校正是“好”的。为了去除大气对监测数据的影响，研究团队将大气修正做到了极致。首先，课题组专门为其配置了偏振成像仪，支持35元从不同角度监测大气PM2.5元含量，获取大气PM2.5元含量信息。秉承精益求精的精神，RD团队还添置了一台大气激光雷达，获取大气纵向PM2.5元含量的信息。水平和垂直将数据结果从二维信息变为三维信息，确保更精确的大气校正。

智能设计打造空中“扫地机器人”

陆地生态系统碳监测卫星载荷多，模式多，但操控非常方便，是一颗具有完全自主任务规划能力的“智慧星”。

森林碳汇监测是陆地生态系统碳监测卫星的主要任务。此外，它还可以广泛应用于环境保护、测绘、气象、农业、减灾等领域，以支持作物评估、植物病虫害监测、灾害应急成像等工作。所以卫星的任务多，工作模式极其复杂，根据载荷的工作模式组合可以计算出多达47元种。

开发团队在考虑卫星应支持更多应用的同时，还应考虑卫星易于使用和控制。传统的卫星指挥控制模式显然行不通。为此，研究团队从硬件上保证各种有效载荷数据的自主传输，从软件上让卫星“智能化”，根据设定的边界条件参数实现海洋、陆地、光照条件的自主判别，进而自动规划“最佳探测任务”流程，实现完整的自主任务规划。

在这种设计下，除了特殊或意想不到的任务，句芒可以一键开启，扫哪里，怎么扫，就像一个智能扫地机器人一样，没有用户的“担心”。

陆地生态系统碳监测卫星作为实现“双碳”目标、助力全球生态管理的重要载体，将致力于全球生物量及其变化的全面监测，为全球气候治理的进步贡献力量。