Kohlenstoffsatelliten: Sie spüren Kohlenstoff aus der Ferne auf und überwachen präzise die globalen Kohlenstoffemissionen.

Mit der rasanten Entwicklung von Technologien zur Atmosphärensondierung und -modellierung gilt die Erfassung von Kohlenstoffemissionen durch die Beobachtung der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration als effektive Methode zur Bewertung der Erfolge bei der Reduzierung von Treibhausgasemissionen. Am 22. Dezember 2016 startete mein Land mit TanSat seinen ersten wissenschaftlichen Experimentalsatelliten zur Kohlendioxidbeobachtung und ist damit das dritte Land weltweit, das Satellitendaten zu diesem Thema bereitstellt.

Überwachung der globalen CO2-Konzentrationen durch gleichzeitige Beobachtungen und Simulationen.

Der Kohlenstoffsatellit, offiziell „Global Carbon Dioxide Monitoring Scientific Experiment Satellite“ genannt, überwacht die globalen CO₂-Konzentrationen mithilfe von Messmethoden der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration. Er basiert auf simultaner Beobachtung und Simulation und zielt darauf ab, den globalen Klimawandel zu erforschen und die globale Verteilung der Kohlendioxidkonzentrationen zu überwachen.

Im Bereich der Beobachtung kann die Satellitenfernerkundung aufgrund ihrer einzigartigen Beobachtungsstandorte und -methoden, insbesondere bei hochauflösenden globalen Beobachtungen, die ein weites Gebiet klar erfassen, eine bedeutende Rolle bei der globalen Kohlendioxidmessung spielen. Simulationen hingegen nutzen hauptsächlich atmosphärische Transportmodelle und Hochleistungsrechner, um den atmosphärischen Kohlendioxidtransport und den atmosphärischen Kohlendioxidgehalt zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort zu simulieren und mit Satellitenbeobachtungen abzugleichen, um einen möglichst realitätsnahen Kohlenstoffflusswert zu erhalten.

Ausgestattet mit einem speziell entwickelten „Langstrecken-Sichtsystem“ liefert es wichtige Daten.

Weltweit gibt es derzeit nur wenige hundert bodengestützte Kohlendioxid-Messstationen, was für die Überwachung nicht ausreicht. Kohlenstoffsatelliten bieten hierzu eine Lösung, da sie globale Kohlendioxid-Überwachungsdaten erfassen können.

Chinas Kohlenstoffsatellit ist mit einer speziell entwickelten „Langstreckensicht“ ausgestattet, die es ermöglicht, aus der dichten Erdatmosphäre die Kohlendioxidgase zu identifizieren und sogar „dynamische Karten“ zu erstellen.

Der Kohlenstoffsatellit TanSat ist mit einem hyperspektralen Kohlendioxiddetektor mit hoher räumlicher Auflösung ausgestattet. Dieser Detektor nutzt Molekülabsorptionslinien im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich, um die Kohlendioxidkonzentration zu messen und so Veränderungen der globalen atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration präzise und in Echtzeit zu überwachen. Der Satellit umkreist die Erde etwa 14 Mal pro Tag mit einer Erfassungsbreite von 20 Kilometern. Während seiner Polumrundung sammelt er Daten zur globalen Kohlendioxidkonzentration, um genau zu veranschaulichen, wie menschliche Aktivitäten und natürliche Systeme dieses Treibhausgas emittieren und absorbieren.

Durch die Analyse der globalen Säulenkonzentrationssequenz und die Verwendung einer Reihe von Modellen aus dem Datenassimilationssystem kann die globale CO2-Flussänderung (die Gesamtmenge an CO2, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit strömt) abgeleitet werden, welche die zentrale Datengrundlage für die Kohlenstoffkreislaufforschung darstellt.

△ Vergleichen Sie die vom Kohlenstoffsatelliten gelieferten Daten,

Es kann die Kohlendioxidkonzentrationen in verschiedenen Regionen der Welt berechnen.

Zusätzlich zu seinen Kernfunktionen verfügt der Kohlenstoffsatellit über ein weiteres leistungsstarkes Instrument: ein multispektrales Bildgebungssystem zur Wolken- und Aerosolpolarisation. Dieses System misst Zusatzinformationen wie Wolken und atmosphärische Feinstaubpartikel und unterstützt Wissenschaftler so bei der präzisen Bestimmung der Kohlendioxidkonzentrationen, indem es Störfaktoren eliminiert. Es hilft Meteorologen außerdem, die Genauigkeit von Wettervorhersagen zu verbessern und liefert wichtige Daten für die Erforschung der Ursachen von Luftverschmutzung, beispielsweise von PM2,5. Die Daten des Kohlenstoffsatelliten werden täglich aktualisiert. Nutzer können globale Daten des Kohlenstoffsatelliten nach Datum und Region filtern und herunterladen.

Erste globale Karte der atmosphärischen Kohlendioxidverteilung von einem chinesischen Kohlenstoffsatelliten

△Durch wiederholte Beobachtungen,

Kohlenstoffsatelliten können eine vollständige Karte der globalen Kohlendioxidverteilung liefern.

Als Standard-Sonnensynchroner Satellit in nahezu polarer Richtung umkreist der Kohlenstoffsatellit die Nord- und Südpole der Erde in einer Höhe von 700 Kilometern und absolviert dabei 14 bis 15 Erdumrundungen pro Tag. Sein globales Kohlendioxid-Messinstrument erfasst hyperspektrale Daten der Erdatmosphäre in einem Ost-West-Radius von 20 Kilometern pro Umlaufbahn. Dadurch kann der Kohlenstoffsatellit Daten für ein Gebiet von etwa 300 Kilometern pro Tag sammeln, was einer Fläche von (14 bis 15) × 20 Kilometern entspricht. Da der Erdumfang am Äquator etwa 40.000 Kilometer beträgt, würde die theoretische Erfassung von Beobachtungsdaten über etwa 140 Tage und 2.000 Erdumrundungen die Erstellung einer lückenlosen, globalen Kohlendioxid-Überwachungskarte ermöglichen.

△Chinas erste globale Kohlendioxidverteilungskarte, erstellt mit Hilfe seines Kohlenstoffsatelliten

Im September 2017 wurde die erste globale Kohlendioxidverteilungskarte mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von 2,11 ppm veröffentlicht. Die Karte zeigt im Frühjahr aufgrund anthropogener Emissionen ein Muster hoher Kohlendioxidkonzentrationen auf der Nordhalbkugel und niedriger Konzentrationen auf der Südhalbkugel. Ein Vergleich der Verteilungskarten vom April und Juli 2017 verdeutlicht den Trend sinkender Kohlendioxidkonzentrationen auf der Nordhalbkugel vom Frühling zum Sommer und weist auf die saisonale Kohlenstoffbindungsfunktion von Ökosystemen hin. Die Karte spiegelt zudem die hohen Kohlendioxidkonzentrationen in Gebieten mit intensiver menschlicher Aktivität wider.

Globaler Kohlenstoffflussdatensatz

△Schematische Darstellung der globalen Kohlenstoffquellen und -senken, die vom chinesischen Kohlenstoffsatelliten (TanSat) überwacht werden

Am 15. August 2021 nutzten Forscher des Instituts für Atmosphärenphysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und anderer Institutionen ein fortschrittliches System zur Berechnung des Kohlenstoffflusses, um den ersten globalen Datensatz zum Kohlenstofffluss mithilfe des China Carbon Satellite (CCS) zu gewinnen – Chinas erstem wissenschaftlichen Experimentalsatelliten zur globalen Kohlendioxidmessung. Dies ist ein Meilenstein und belegt, dass China über die räumliche und quantitative Überwachungskapazität der globalen Kohlenstoffbilanz verfügt. Damit ist China nach Japan und den USA das dritte Land weltweit, das diese Technologie besitzt.

Die globale Bestandsaufnahme hilft, die Auswirkungen von Maßnahmen wie der Reduzierung von Kohlendioxidemissionen und der Kohlenstoffbindung auf die Klimawandeltrends zu verstehen, und die Satellitenfernerkundung wird eine wichtige Rolle bei der globalen, einheitlichen und unvoreingenommenen Kohlenstoffbilanzierung spielen.

Chinas Kohlenstoffsatellit ist der erste dedizierte Treibhausgasüberwachungssatellit des Landes und nach Japan und den USA der dritte globale „Kohlenstoff-Erkennungssatellit“. Seine erfolgreiche Entwicklung ermöglichte von Grund auf eine hochpräzise, ​​weltraumgestützte Treibhausgasüberwachung. Sein anschließender stabiler Betrieb im Orbit wird die technologische Lücke in Chinas Treibhausgasmesskapazitäten schließen. Seine Errungenschaften sind von großer Bedeutung für China, um die sich verändernden Muster der globalen Erwärmung und die Verteilung der globalen Kohlenstoffemissionen zu verstehen und Chinas internationale Stimme im Kampf gegen den Klimawandel zu stärken.
Zukünftig wird mein Land auf der Grundlage der Forschungsergebnisse von Kohlenstoffsatelliten eine neue Generation von Treibhausgasüberwachungssatelliten entwickeln, um die Verwirklichung der globalen und nationalen dualen Kohlenstoffziele zu unterstützen.

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