目前关于碳循环的许多问题都亟待解决:例如随着气温升高和气候变化,植物会发生什么变化;永久冻土层融化将向大气中排放多少额外的碳,又有多少会加剧全球变暖;海洋环流或变暖是否会改变海洋吸收碳的速度,等等。 国际上,美国(OCO-2,2014)和日本(GOSAT,2009)都成功发射了具有高精度温室气体探测能力的卫星。OCO-2记录了空气柱中二氧化碳分子吸收从地球反射回来的光的量,聚焦于分析海洋碳循环过程、化石燃料燃烧产生的烟在地球上的移动等问题。GOSAT卫星利用傅里叶变换光谱仪和云和气溶胶成像仪监测温室气体并收集云和气溶胶信息,旨在获得二氧化碳的浓度分布和时空变化,提高二氧化碳通量反演精度,评估森林碳收支等科学目标,后续还发射了GOSAT-2卫星。 我国也于2016年12月成功发射并在轨运行的碳卫星,目标是实现全球大气二氧化碳柱平均干空气混合比的高精度监测,为碳排放和科学研究提供卫星资料。大气所的研究团队开发的算法,基于高精度模拟太阳辐射在大气中的传输过程,用非线性最优估计方法进行"全物理"反演。算法的大气二氧化碳反演精度优于4ppm,并利用快速矢量辐射传输计算方法,大幅提高计算效率。用该算法获得的首幅全球二氧化碳分布图,可以看出生态系统随季节变化的"固碳"作用以及人类活动频繁地区二氧化碳浓度高的现象。 此外,在地面上研究人员利用系统仿真和现场实验相结合的方法,研究中国区域的碳循环与全球变化的相互作用;国内首个电力行业碳排放精准计量系统也正式上线,能够精准计量火力发电的二氧化碳排放量,同时实现碳排放的实时监测。所有这些测量将帮助我们了解全球碳循环是如何随时间变化的,评估人类对碳循环的影响,展示变化的气候和变化的碳循环如何相互响应。