刚刚发射成功的“句芒”号能干什么？它把碳汇算得明明白白( 二 ) 本文转自：北京日报北京日报

叶绿素荧光的能量非常小，仅有约0.5%至2%以荧光的形式发射出来，因此在过去难以监测。现在，中国研究人员为碳星“句芒”号配置了超光谱探测仪，并使用了光栅分光原理，能将光谱分辨率提高10倍，达到0.3纳米的精细探测，这也是国际上的首次突破，能够探测到人眼所看不到的太阳光细微的明暗变化。
超光谱探测仪能将670纳米至780纳米这段光的颜色展分成1000多个渐变色彩，从而有效地寻找隐匿在某些渐变色角落里的叶绿素荧光。通过叶绿素荧光高精度制图，可以监测和计算陆地上森林和植被吸收的碳量。
精准测量整片森林树木高度
研究表明，全球陆地生态系统所蕴含的所有碳元素中，有大约62%至78%蕴藏在森林这个复杂系统里，其中又有近7成蕴藏在森林的土壤里。 2020年联合国粮农组织《全球森林资源评估报告》指出，全球森林总碳储量达到6620亿吨，主要储存在森林生物质（约44%）、森林土壤（约45%）以及凋落物（约6%）和枯死木（约4%）中。
森林面积、森林的多样性、树木的茂密度和森林中树木的高度决定了森林能吸收多少碳，而森林的多样性取决于林木大小的多样性，一般采用直径、树高和冠幅3个因素来衡量。仅以树高而言，树木越高，它下面和周围的生物多样性越丰富，森林固碳的能力越强，而且每棵树木固存了多少碳也可以通过测量树高和直径大致计算出来。
“句芒”号配置了主动探测的激光雷达和被动探测的遥感相机，并集成到一台载荷上。激光雷达通过点探测可获得森林的垂直高度信息，遥感相机通过面探测获取大范围地面图像。借助多波束激光雷达， “句芒”号通过计算激光到树冠和地面的时间差计算树木高度，卫星一次测量发射出激光的光束数量、发射频次则决定测量精度。
由于卫星轨道较高，大部分的激光能量会耗散在路上，因此要求激光发射系统向地面射出的激光能量必须足够强、激光接收系统足够灵敏，才能将微弱的回波信号从太阳光等强噪声里摘取出来。此外，激光发射和接收系统还必须精确对准地面同一个目标。
“句芒”号配置的激光雷达和遥感相机达到1秒发射测量激光200次，通过对激光雷达所需的卫星环境和硬件配置进行适应性设计，克服散热等难题，实现了测点间隔由千米级跨越到百米级，对树木的测高精度大幅提升。
有了这样的精度，就可以较为准确地测量整片森林树木的高度，从而计算出国内所有森林的固碳能力和数量。
立体观测森林面积和茂密程度
仅仅测量森林中树木的高度当然不足以监测碳汇，还必须测量森林面积和森林茂密程度，为此，中国研究人员为“句芒”号碳星设计安装了5个多角度多光谱相机，实现对地五个角度立体观测，能获得森林的总体概貌。
多角度多光谱相机可分别从垂直0°、±19°、±41°5个方向获取同一地面景物的多光谱图像数据，从这些角度既能看清森林冠顶，还能看清森林侧面，知道森林的疏密分布、健康、长势等情况。
森林的疏密和长势是其固碳能力的要素之一。一般森林据其年龄可分为幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林，其中中龄林生态系统的固碳速度最大，成熟林和过熟林由于其生物量基本停止增长，对碳的吸收与释放基本平衡。 “句芒”号可以从多角度看清森林，因此能知道森林是否由中龄林、近熟林等健康林木构成，从而估算固碳能力和数量。
另外，分辨森林的健康程度还可以通过健康植被的红边波段反射率会大幅上升这一特点来判断。碳星装载的两台大角度观测相机把全色谱段改为红边谱段，其余小角度观测相机仍采用传统可见光波段设置，由此能更加全面准确地观测植物氮素含量、叶绿素含量、病虫害、生物量估算等，从而比较精准地计算森林的碳汇。