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8月4日，陸地生態系統碳監測衛星(簡稱“碳星”)在太原衛星發射中心由長征四號乙運載火箭成功發射，其主要任務是監測陸地生態系統能吸收多少二氧化碳，即考察陸地生態系統的碳匯能力，為中國推進碳達峰碳中和提供重要的遙感支撐。
過去，中國傳統的碳匯測量主要依靠人工對森林植被進行抽樣監測，碳星的應用標志著中國碳匯監測進入天基遙感時代。該衛星由中國航天科技集團五院遙感衛星總體部抓總研制，是世界首顆森林碳匯主被動聯合觀測的遙感衛星，能實現對森林植被生物量、氣溶膠分布、葉綠素熒光的高精度定量遙感測量。
據悉，植被高度、植被面積、葉綠素熒光和大氣PM2.5含量是計算森林碳匯能力的核心數據。作為森林碳匯監測的“專業星”，碳星配置了多波束激光雷達、多角度多光譜相機、超光譜探測儀、多角度偏振成像儀等4種載荷支持獲取以上數據。
測量森林的“天外之尺”
借助多波束激光雷達，碳星通過計算激光到樹冠和地面的時間差計算樹木高度，衛星一次測量發射出激光的光束數量、發射頻次則決定測量精度。然而要在數百公里高的衛星軌道上實現精確測量并不容易。
由于衛星軌道較高，大部分的激光能量會耗散在路上，這就要求激光發射系統向地面射出的激光能量必須足夠強，激光接收系統足夠靈敏，能將微弱的回波信號從太陽光等強噪聲里提取出來。此外，激光發射和接收系統還必須精確對準地面同一個目標。
對此，多波束激光雷達采用了主被動一體化的方式進行探測，首次將負責主動探測的激光雷達和被動探測的遙感相機集成到一臺載荷上。激光雷達通過點探測可獲得森林的垂直高度信息，遙感相機通過面探測獲取大范圍地面圖像。
三維立體“多目”瞰森林
為了準確還原森林茂密程度，研制團隊為衛星設計安裝了5個多光譜相機，實現對地五個角度立體觀測。
在對植被的觀測中，多角度多光譜相機可分別從垂直0度、正負19度、正負41度5個方向獲取同一地面景物的多光譜圖像數據，不僅能看清森林冠頂，還能看清其側面，了解森林的疏密分布、健康、長勢等情況。
此外，這些不同角度的相機還能“看”出森林的健康情況，進而推算其固碳能力。根據健康植被的紅邊波段反射率會大幅上升這一特點，研制團隊將其中兩臺大角度觀測相機全色譜段改為紅邊譜段，其余小角度觀測相機仍采用傳統可見光波段設置，這樣能更加全面準確地觀測植物氮素含量、葉綠素含量、病蟲害、生物量估算等。
追捕葉綠素熒光
葉綠素是植被光合作用的關鍵影響因素，葉綠素熒光的探測直接關系大尺度的植被光合作用動態監測，成為碳匯監測重要環節。
葉綠素熒光的光譜范圍狹窄，僅納米級寬度，在自然光中探尋它，相當于在圖書架里尋找一紙密文，并且其能量在植被反射能量中也非常微弱。
對此，科研人員為碳星配置了超光譜探測儀，將光譜分辨率較傳統提升10倍，實現國際首次0.3納米精細探測，可探測到人眼無法辨識的細微的太陽光明暗變化。它能將670納米至780納米這段光的顏色展分成1000多個漸變色彩，更有效地尋找“躲藏”在某個漸變色角落里的葉綠素熒光。
（來源：中國新聞網）
