Vệ tinh carbon: "phát hiện" carbon từ xa, giám sát chính xác lượng khí thải carbon toàn cầu.

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ đo đạc và mô hình hóa khí quyển, việc theo dõi lượng khí thải carbon thông qua quan sát nồng độ carbon dioxide trong khí quyển được coi là một phương pháp hiệu quả để đánh giá thành tựu giảm phát thải khí nhà kính. Vào ngày 22 tháng 12 năm 2016, nước ta đã phóng vệ tinh thí nghiệm khoa học quan sát carbon dioxide đầu tiên, TanSat, trở thành quốc gia thứ ba trên thế giới cung cấp dữ liệu vệ tinh về carbon.

Theo dõi nồng độ CO2 toàn cầu, với các quan sát và mô phỏng được thực hiện đồng thời.

Vệ tinh carbon, có tên chính thức là "Vệ tinh Thí nghiệm Khoa học Giám sát Carbon Dioxide Toàn cầu", theo dõi nồng độ CO2 toàn cầu bằng các phương pháp đo nồng độ carbon dioxide trong khí quyển. Nó dựa trên sự quan sát và mô phỏng đồng thời, nhằm mục đích giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu và giám sát sự phân bố nồng độ carbon dioxide trên toàn thế giới.

Về mặt quan sát, viễn thám vệ tinh có thể đóng vai trò quan trọng trong việc quan sát lượng khí carbon dioxide toàn cầu nhờ vào vị trí và phương pháp quan sát độc đáo, đặc biệt là trong các quan sát phủ sóng toàn cầu độ phân giải cao, cho phép quan sát được phạm vi rộng và rõ nét. Mặt khác, mô phỏng chủ yếu sử dụng các mô hình vận chuyển khí quyển và máy tính hiệu năng cao để mô phỏng quá trình vận chuyển carbon dioxide trong khí quyển và hàm lượng carbon dioxide trong khí quyển tại mọi thời điểm và mọi địa điểm, đồng thời phối hợp với các quan sát vệ tinh để thu được giá trị dòng carbon gần với thực tế nhất.

Được trang bị hệ thống "tầm nhìn xa" được thiết kế đặc biệt, nó cung cấp hỗ trợ dữ liệu quan trọng.

Hiện nay, trên toàn thế giới chỉ có vài trăm trạm quan trắc carbon dioxide trên mặt đất, con số này không đủ để đáp ứng nhu cầu giám sát. Vệ tinh carbon có thể giải quyết vấn đề này ở một mức độ nào đó, vì chúng có thể thu thập dữ liệu giám sát carbon dioxide toàn cầu.

Xác định khí nào là carbon dioxide từ bầu khí quyển dày đặc bao quanh Trái đất, và thậm chí tạo ra "bản đồ động" - vệ tinh carbon của Trung Quốc được trang bị "tầm nhìn tầm xa" được thiết kế đặc biệt.

Vệ tinh carbon TanSat mang theo một thiết bị dò carbon dioxide có độ phân giải không gian cao và quang phổ siêu rộng. Thiết bị này hoạt động bằng cách sử dụng các vạch hấp thụ phân tử trong dải quang phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại để phát hiện nồng độ carbon dioxide, theo dõi chính xác và thời gian thực những thay đổi trong nồng độ carbon dioxide trong khí quyển toàn cầu. Vệ tinh carbon quay quanh Trái đất khoảng 14 lần mỗi ngày, với phạm vi phát hiện 20 km. Trong khi quay quanh các cực của Trái đất, nó thu thập thông tin về nồng độ carbon dioxide toàn cầu để chứng minh chính xác cách thức các hoạt động của con người và hệ thống tự nhiên phát thải và hấp thụ khí nhà kính này.

Bằng cách phân tích chuỗi nồng độ cột toàn cầu và sử dụng một loạt mô hình từ hệ thống tích hợp dữ liệu, có thể suy ra sự thay đổi dòng CO2 toàn cầu (tổng lượng CO2 đi qua một đơn vị diện tích trên một đơn vị thời gian), đây là nền tảng dữ liệu cốt lõi cho nghiên cứu chu trình carbon.

△ So sánh dữ liệu do vệ tinh carbon trả về,

Nó có thể tính toán nồng độ carbon dioxide ở các khu vực khác nhau trên thế giới.

Ngoài các khả năng cốt lõi, vệ tinh carbon còn mang theo một công cụ mạnh mẽ khác—một thiết bị chụp ảnh phân cực đa phổ về mây và sol khí. Thiết bị này đo các thông tin bổ trợ như mây và các hạt bụi trong khí quyển, giúp các nhà khoa học tính toán ngược chính xác nồng độ carbon dioxide bằng cách loại bỏ các yếu tố gây nhiễu. Nó cũng hỗ trợ các nhà khí tượng học cải thiện độ chính xác của dự báo thời tiết và cung cấp dữ liệu quan trọng cho nghiên cứu về nguyên nhân gây ô nhiễm không khí như PM2.5. Dữ liệu từ vệ tinh carbon được cập nhật hàng ngày. Người dùng có thể tùy chỉnh và tải xuống dữ liệu toàn cầu từ vệ tinh carbon theo ngày và khu vực.

Bản đồ toàn cầu đầu tiên về sự phân bố khí carbon dioxide trong khí quyển từ vệ tinh carbon của Trung Quốc.

△Thông qua quan sát lặp đi lặp lại,

Vệ tinh carbon có thể cung cấp bản đồ hoàn chỉnh về sự phân bố khí carbon dioxide trên toàn cầu.

Là một vệ tinh đồng bộ mặt trời gần cực tiêu chuẩn, vệ tinh carbon quay quanh Bắc Cực và Nam Cực của Trái Đất ở độ cao 700 km, hoàn thành 14 đến 15 vòng quỹ đạo mỗi ngày. Thiết bị giám sát carbon dioxide toàn cầu của nó thu thập thông tin độ phân giải siêu phổ của khí quyển Trái Đất trên bán kính 20 km theo hướng đông-tây mỗi vòng quỹ đạo. Do đó, vệ tinh carbon có thể thu thập dữ liệu bao phủ một khu vực khoảng 300 km mỗi ngày, trải rộng trên diện tích (14 đến 15) × 20 km. Với chu vi đường xích đạo của Trái Đất khoảng 40.000 km, về mặt lý thuyết, việc thu thập dữ liệu quan sát từ khoảng 140 ngày và 2.000 vòng quỹ đạo sẽ cho phép tạo ra một bản đồ giám sát carbon dioxide toàn cầu liền mạch.

△Bản đồ phân bố khí carbon dioxide toàn cầu đầu tiên của Trung Quốc từ vệ tinh carbon của nước này

Vào tháng 9 năm 2017, bản đồ phân bố carbon dioxide toàn cầu đầu tiên đã được công bố, với độ chính xác trung bình là 2,11 ppm. Bản đồ cho thấy mô hình nồng độ carbon dioxide cao ở bán cầu Bắc và nồng độ thấp ở bán cầu Nam vào mùa xuân, do phát thải từ hoạt động của con người. So sánh các bản đồ phân bố từ tháng 4 và tháng 7 năm 2017, cho thấy xu hướng giảm rõ rệt nồng độ carbon dioxide ở bán cầu Bắc từ mùa xuân đến mùa hè, cho thấy chức năng hấp thụ carbon theo mùa của hệ sinh thái. Bản đồ cũng phản ánh nồng độ carbon dioxide cao ở những khu vực có hoạt động của con người thường xuyên.

Bộ dữ liệu dòng chảy carbon toàn cầu

△Sơ đồ minh họa các nguồn và bể chứa carbon toàn cầu được vệ tinh carbon của Trung Quốc (TanSat) giám sát.

Ngày 15 tháng 8 năm 2021, các nhà nghiên cứu từ Viện Vật lý Khí quyển, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và các tổ chức khác đã sử dụng hệ thống tính toán dòng carbon tiên tiến để thu được bộ dữ liệu dòng carbon toàn cầu đầu tiên từ Vệ tinh Carbon Trung Quốc, vệ tinh thí nghiệm khoa học giám sát khí carbon dioxide toàn cầu đầu tiên của nước ta. Đây là một kết quả mang tính bước ngoặt, đánh dấu việc Trung Quốc có khả năng giám sát định lượng không gian về cân bằng carbon toàn cầu, trở thành quốc gia thứ ba trên thế giới, sau Nhật Bản và Hoa Kỳ, sở hữu công nghệ này.

Việc lập danh mục carbon toàn cầu giúp hiểu rõ tác động của các hành động như giảm phát thải khí carbon dioxide và hấp thụ carbon đối với xu hướng biến đổi khí hậu, và viễn thám vệ tinh sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc hạch toán carbon toàn cầu, thống nhất và khách quan.

Vệ tinh carbon của Trung Quốc là vệ tinh giám sát khí nhà kính chuyên dụng thế hệ đầu tiên của nước này và là vệ tinh "phát hiện carbon" toàn cầu thứ ba sau Nhật Bản và Hoa Kỳ. Việc phát triển thành công vệ tinh này đã cho phép giám sát khí nhà kính từ không gian với độ chính xác cao từ con số không. Hoạt động ổn định sau đó trên quỹ đạo sẽ lấp đầy khoảng trống công nghệ trong khả năng phát hiện khí nhà kính của đất nước tôi. Những thành tựu này có ý nghĩa rất lớn đối với đất nước tôi trong việc hiểu rõ các mô hình thay đổi của sự nóng lên toàn cầu và sự phân bố khí thải carbon toàn cầu, cũng như nâng cao tiếng nói quốc tế của đất nước tôi trong việc giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu.
Trong tương lai, dựa trên kết quả nghiên cứu của các vệ tinh carbon, nước ta sẽ phát triển thế hệ vệ tinh giám sát khí nhà kính mới để phục vụ việc thực hiện các mục tiêu kép về carbon toàn cầu và quốc gia.

(Một số nội dung trong bài viết này được lấy từ internet. Nếu phát hiện vi phạm bản quyền, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.)