卫星「测碳」：上天容易，落地难 焦点分析

作者 | 袁斯来

编辑 | 苏建勋

“双碳”目标确认后，各行各业都有了旺盛的减碳需求，解决这个需求的第一步，自然是要知道“碳在哪”，即：碳数据的监测与收集。

计算一家企业的碳排放尚且能够操作，可如果计算一个工业园区、一座城市、甚至一个国家的碳排放情况，难度就会更大。

行业试图用卫星解决这个问题。

8月4日，长征四号乙运载火箭将碳监测卫星“句芒号”送入太空。这颗遥感卫星可以观测森林植被高度、面积、植物散发的叶绿素荧光等。通过这些要素，可以计算森林碳汇，即“森林植被吸收并存储的二氧化碳量”。

句芒号发射现场。图片来自中国青年报

过去林业局要摸底森林碳汇，只能用极其“原始”的监测手段：森林调查员深入山林，依次测量每棵树的高度和树木胸径，再算出碳汇。这种测量数据更新不会很及时，通常一个季度更新一次。

碳中和成为全球热点后，碳交易随之升温，对数据频次和数量的要求水涨船高。而人类生活碳排放瞬息万变，比如用一次谷歌搜索都会产生0.2g碳排放。三四个月更新一次的数据不可能满足快速变化的交易市场。

卫星观测也成为目前较为成熟的解决手段。目前国内很多数据公司追踪碳汇，使用的卫星数据都来自海外。“句芒号”是国内少数定位为“碳检测”的卫星，可以给出更有针对性的信息，也是国内碳汇监测进入遥感时代的重要一步。

句芒号怎么监测碳汇？

碳监测卫星其实不是什么新鲜事物，句芒号使用的探测技术也早已成熟。

过去几年，仅中国就发射了不止一颗碳监测卫星。中国2016年发射了首颗监测二氧化碳的碳卫星，今年4月，长征四号丙又发射了一颗大气环境监测卫星，以激光监测二氧化碳浓度变化。

此前，太空已经有不少温室气体观测卫星。2009年，日本就发射了首颗温室气体浓度监测卫星GOSAT，2014年，NASA发射了“轨道碳观测2号”（OCO-2），用以观察厄尔尼诺等现象如何影响二氧化碳浓度。

而“句芒号”的监测更细分，设计偏向测量森林碳汇。它使用了激光+光学相机，一方面发射激光，通过地面物体反射，计算森林高度，一方面能检测不可见光如红外线、紫外线的多光谱相机从五个角度观测，绘制出立体的植被分布，可以看到森林生长情况。

除此之外，“句芒号”还带有可以测量森林光合作用和PM2.5值的探测仪、成像仪。这些设计都注重观测森林场景，通过树高、树的直径，研究人员能算出每棵树存了多少碳，继而知晓整片森林的碳汇。

但碳汇还会受其他自然条件影响，比如疾病、虫害，这些很难通过激光反射。加入的光谱相机能侦测到不可见光，健康森林对不可见光的反射率更高，所以通过这种相机能检测出森林是否生长茂盛、有无病虫害。

而且，光谱相机还能描绘出地形。通常陡坡因为人为干预少，植被能存下更多碳，碳汇自然也更高。拍出坡度情况，自然也能更准确地算出碳汇。

卫星工作示意动画（动图来自航空五院）

不过，卫星虽然已经上天，但目前还有几个关键指标暂未公开，包括幅宽、重访周期等，这些也是商业化数据公司最关注的指标，直接决定了这颗卫星只是科研用途还是可以商业化使用。

（注：“幅宽”指的的是卫星一次性可检测的地面宽度，“重访周期”指卫星第一次和第二次经过地球同一点的时间间隔，这些对应卫星能给到的数据更新频率和信息量。）

碳数据方案提供商行星数据CEO白纯钰告诉36氪，为了碳交易而购买碳数据的客户，很在意是否可以按照需求监测和分析交易的碳资产，比如最近三个月全中国森林碳汇的整体变化情况。这就需要卫星配套的数据反演软件快速处理各种需求，但目前国内这类商业化公司很少，即使这样的数据完全公开，也很难快速应用。

而国内碳交易参考的商业化遥感数据，多数依赖海外。即便句芒号数据公开，以目前全球发射的碳监测卫星数量，也很难满足更新需求。“数据不够”是遥感碳数据分析公司会遇到的一大困扰。

无法解决的数据焦虑

过去采集碳数据主要靠地面监测，如世界气象组织协调建立的31个温室气体全球大气本底观测站。但这些站点只能监测陆地气候情况，没办法监测海洋。卫星遥感监测可以弥补缺憾。

欧洲、日本、美国、加拿大相继发射了观测二氧化碳浓度的卫星，对国家层面研究减碳意义不小，比如美国研究机构已经可以测量出特定燃煤电厂运行排放。中国科学院大气物理研究所也通过“中国碳卫星”数据，做出了全球碳通量数据集。

然而，目前中国可用于商业化的遥感卫星数量占比不高。相对于NASA、欧空局甚至日本宇航局，中国遥感卫星的公开数据，不论从数量、质量，还是获取容易程度上，差距不小。

“即使有再先进的卫星，想针对全球的碳汇做精确测量，只靠一颗在轨服务，也没办法整体性的解决问题。我们很希望可以让专业的人做专业的事，比如商业航天的工作可以交给商业化的公司来做。”白纯钰表示。

实际上，海外已经有过商业航天公司参与碳监测的成功案例。如加拿大卫星公司GHGSat发射了3颗温室气体监测卫星，它们还有自己的数据管理平台SPECTRA。GHGSat客户包括壳牌石油、雪佛龙和道达尔能源，投资人不乏沙特阿美和埃克森美孚等石油巨头。

画家虚拟的GHGSat卫星图片，版权属于 UTIAS-SFL

事实上，就国家队而言，中国卫星的硬件、航天技术已经足以比肩世界一流水平。然而，卫星采集到的信息回传后，如何快速处理信息，拿出普通商业客户需要的碳汇数据，才是更加重要的问题。

根据白纯钰的说法，这些处理应该在卫星上天之前就统一设计好，并与潜在客户对接完毕，而非卫星信息拿到后再事后分析。

但国家队卫星的数据用户往往是国家级的科研单位，他们的需求主要瞄准更宏观的全球变化研究或国家层面需求，和市场上的商业化应用很多时候并不完全匹配，这也导致没有发射能力的卫星数据应用公司即使拿到这类数据之后，可以施展的空间也非常有限。

当然，眼下依靠海外的底层光谱信息，只要有分析能力，也有公司能做出碳排放和碳汇数据。但碳交易发展是一个动态的过程，目前全球碳交易市场增长迅猛，2021 年全球碳市场成交总额比2020年增长1.6倍，达到7600亿欧元。

各个国家参与到碳中和计划中后，碳交易的频率和金额还会增长。伴随金融市场成熟，对碳排放、碳汇数据的需求只会更饥渴。

市场总是要在各个参与方无数次合作后，才会充满活力。也因为有商业化公司的参与，行业才能迅速成长。尤其是碳中和这一涉及全球金钱和资源流动的领域，不可能靠几家巨无霸公司或机构提供所有需求。

短时间内，在碳卫星领域，国家队充当主力已经足够。但商业化的卫星公司补充必不可少。当各个国家、各个公司都到了必须掌握碳数据的时代，数量庞大的商业卫星公司和数据公司才能最终满足需求。

36氪制图