0.2 地球释放气体的卫星遥感研究

1.国外研究现状

近30年来，国外的一些科学家越来越认识到研究大气中CO2的来源问题，仅靠已有方法是不够的，需要运用最新科技(如卫星遥感技术)进行探测，并与传统方法结合，才能获得较好的效果。为此，国外一些本领域的权威部门，如NASA、NOAA、ESA和JAXA等，发射了一系列探测大气中CO2浓度的卫星，并开展了系统研究，现简介于下。

1)CO2等气体的卫星遥感技术的研究现状

1978年，Nimbus7卫星首先搭载TOMS遥感器监测O3的变化。

1979年，在NOAA卫星系列搭载了O3廓线(SBV)遥感器。

1995年，ESA发射的“欧洲遥感卫星”ERS-2上搭载了“全球O3监测仪(GOME)，主要监测O3在对流层和平流层中的NO2、BRO和SO2等痕量气体的全球分布。

1999年，NASA对地观测系统(EOS)卫星系列的第一颗卫星EOS/AM-1对地球的大气成分进行全方位、长期观测。

1999年12月，NASA和加拿大空间局(CSA)发射了TERRA卫星，搭载了对流层污染测量仪(MOPITT)，目的是测量大气柱的发射和反射红外波谱，用于CO和CH4的廓线监测。

2002年，ESA发射的ENVISAT-1卫星上搭载了多台大气成分测量遥感器，对大气的发射光谱，恒星光谱进行探测，重点是O3、气溶胶浓度的测量，和对大气痕量气体包括O3、H2O、CH4、NO2、CFC等变化的研究。其中大气制图扫描成像吸收光谱仪(SCIAMACHY)专门用于监测对流层的NO2、O3、CO、CO2和CH4等的痕量气体的浓度和分布变化。

2002年，JAXA/NASD发射的高级地球观测系统ADEOS-1搭载了多种大气成分遥感器，主要有：

·O3总量测绘仪(TOMS)，用于O3和SO2的浓度监测及分布变化；

·温室效应气体干涉监测仪(IMG)，用于CH4、CH2、N2O的浓度及分布变化监测；

·改进型临边大气分光计(ILAS)，用于高纬度地区的临边大气痕量O3、H2O、CO2、CH4、NO2等的测量。

2004年，NASA发射了Aura地球观测系统(EOS系列)卫星，搭载了4个大气成分遥感器：

·O3监测仪(OMI)；

·微波分支探测仪(MLS)；

·高分辨力分支探测仪(HIRDLS)；

·对流层发射分光仪(TES)。

其中OMI可获得每天的对流层低层O3和其他气体如CO、N2O等的浓度。

2005年，NASAEOS系列的Aqua卫星，搭载了：

·“超高光谱红外探测仪”(AIRS)，光谱为40～140cm-1，几何为22×22km，主要用于探测CO和CH4的浓度、全球分布及变化；

·另一个遥感器和超高光谱大气探测仪FTIR光谱仪(IASI)，光谱为0.35～0.5cm-1，几何为50×50km，主要探测CO和CH4的浓度、全球分布及变化。

2009年，JAXA的GOSAT卫星，搭载了热红外近红外遥感器(TANSO)，光谱为0.2～0.65cm-1，主要探测CO2和CH4的浓度、全球分布及变化。

2008年，NOAA-15.18和TIROS-N搭载了高分辨红外探测仪(HIRS)，几何分辨率为22×22km，主要用于探测CO和CH4的浓度、全球分布及变化。

2009年，NASA发射了“轨道碳观测”(OCO)卫星，又叫“嗅碳卫星”，与EOS的Aqua、Aura、Cloudsat、CalipSO、ParaSOl等卫星协助工作，轨道高度为705km，与太阳同步极地轨道，回归周期为16天。遥感器为温室气体监测仪(GMS)，具有3个波段，1.61μm和2.06μm用于探测CO2，0.76μm用于探测O3，但可惜没有成功。

美国航天局(NASA)又一颗用于研究全球变暖的卫星“辉煌”号落入海底。这已经是两年来第2次发生此类事故。“辉煌”号卫星原定升入距离地球438海里(约811km)的轨道运行，加入NASA之前送入太空的“A-Train(午后列车)”地球观测卫星编队之中，成为这个编队的第6颗卫星。

澳大利亚也在进行相关的研究和卫星仪器研制工作，Greenhouse Gas Monitor(GGM)将工作在705km太阳同步轨道，计划装载一台采用干涉光谱技术的短波红外光谱仪，拥有两个光波段，1.6μm和1.2μm，光谱分辨率为0.1cm-1，分别探测CO2和O3，目前正在进行航空载荷的研制。

2)国外CO2卫星遥感应用现状

国外用卫星数据对大气痕量气体的研究已经做了很多工作。许多学者在对流层O3的反演方面做了工作，对反演得到的对流层O3数据的应用也有很多研究，例如：全球及部分区域对流层O3的时空分布及变化研究；对流层O3与厄尔尼诺、北大西洋涛动等气候因子的相关分析；大陆间污染物输送的研究等。

从卫星观测柱总量计算大气对流层NO2柱总量的数据研究国外也有很多。例如，Mar-tin、Richter等利用GOME卫星反演对流层NO2的方法研究；Boersma等对对流层NO2反演的误差研究；一些科研组织对SCIAMACHY对流层NO2的反演结果的校验以及对反演所得的对流层NO2数据的应用等。如Velders等利用GOME资料和三维模式研究了全球对流层NO2柱总量分布的情况；Jagele等应用GOME卫星资料研究了由于生物质燃烧产生的NOX的时空分布和季节变化；Boersma等利用GOME资料和模式模拟比较、研究了闪电在对流层产生的NO2的时空分布；Andeas Richter等利用1996—2004年的GOME和SCIAMACHY的对流层NO2资料研究了全球的NO2变化趋势，结果表明，中国东部地区以及香港地区有显著的增长；Vander等利用1996—2005的资料也发现中国东部一些工业发达地区的NO2浓度有明显增加。

国家气象局卫星气象中心方宗义、白文广等运用国外NASA、ESA卫星的CO2、CH4、O3的探测数据，在中国进行了验证，表明了卫星遥感是科学的。

2.我国CO2卫星技术与应用研究进展

随着我国环境保护工作力度的不断加大，环境保护对遥感技术的需求也越来越多。目前，我国已发射的对地观测卫星有FY-1、FY-2、资源一号卫星(ZY-1)、资源二号卫星(ZY-2)、海洋一号卫星(HY-1)。到目前为止，我国在轨运行的各类卫星还没有能力得到大气成分的资料和数据，但卫星观测大气成分的研究则已经起步。2004年，国家卫星气象中心作为中国国家科技部与欧洲航天局(ESR)合作开展“龙计划”项目的中方首席研究单位，在国内进一步开展关于卫星监测大气成分领域的合作研究，开展了相关卫星数据的反算法和软件开发，几年来累积了大量的资料，得到不少成果。中国科学院大气物理研究所、北京大学等一些科研小组也在这个领域开展研究工作，利用地基DONS观测反演的NO2柱总量与SCIAMACHY卫星NO2数据的比较及NO2时空分布进行了相关的研究，中国气象科学研究院的学者也着手这一领域，并利用GOME卫星资料对北京大气中的NO2做了初步的分析。

我国当前的环境污染物排放总量不断增加，污染范围继续扩大，必须密切监测大气污染物的变化，掌握大气质量现状及未来的变化趋势，因此建立我国环境卫星监测与预报系统，与地面监测网络共同监测大气成分的变化、大气污染与污染来源势在必行。2008年5月我国发射的FY-3气象卫星首次搭载臭氧探测仪，有望得到臭氧的全球分布和垂直廓线以及气溶胶的光学厚度等大气成分信息。同时，2008年9月成功发射环境一号卫星，将得到近地面层的系列大气成分分布和污染来源信息。