行业领域

电子信息技术,新材料技术,高技术服务业,新能源及节能技术,信息安全技术,通信技术,计算机及网络技术,微电子技术

需求背景

结合星地观测和化学模式的碳排放核心需求背景源于传统清单自身的局限性与**“双碳”目标下精准控排的迫切需求**，具体可分为以下三点：

1. 传统碳排放清单存在固有不确定性：传统清单多基于“自上而下”的能源统计、工业活动数据计算，易受统计口径差异、数据滞后性（如部分地区能源消耗数据次年才能获取）、小尺度排放源遗漏（如分散的工业作坊）等影响，难以真实反映实际排放情况，亟需更直接的观测数据进行验证与修正。

2. “双碳”目标对碳排放监测精度提出更高要求：随着“碳达峰、碳中和”目标推进，国家及区域层面不仅需要知道“排放了多少”，更要精准定位“排放源在哪、变化趋势如何”，以制定针对性控排政策。传统方法无法满足这种高时空分辨率的监测需求，而星地观测（卫星宏观覆盖+地面站点精准补充）与化学模式结合，能提供更立体、动态的排放信息。

3. 国际碳核算与气候治理的外部压力：在全球气候治理框架下，各国碳排放数据的透明度与可信度成为重要议题。仅依赖统计数据的清单易引发数据争议，而通过星地观测+化学模式构建的“观测-模拟-校验”闭环，可提升碳排放数据的客观性与国际认可度，为我国参与全球碳谈判提供科学支撑。

需解决的主要技术难题

结合星地观测和化学模式的碳排放主要存在以下技术难题：

• 卫星观测数据精度与分辨率限制：卫星观测的CO₂浓度存在一定不确定性，如卫星单一像元XCO₂的不确定性水平约为1ppm，而区域FFCO₂排放下降10%仅导致区域月均XCO₂下降0.1-0.2ppm，难以准确捕捉短期排放变化。此外，卫星空间分辨率有限，难以精确识别小尺度排放源。

• 自然与人为排放信号分离困难：大气中CO₂的变化是人类活动和自然过程共同作用的结果，仅依据CO₂单一浓度观测难以定量识别FFCO₂排放的贡献，需要结合其他数据或方法，但可能存在成本高昂或协同估算不确定性等问题。

• 大气传输过程模拟复杂：化学模式在模拟大气中CO₂的传输和扩散过程时，存在一定的不确定性。例如，城市XCO₂增量计算误差以及复杂的大气传输过程，会导致卫星观测与模型模拟的人为XCO₂增强在峰值大小和位置上存在差异。

• 多源数据融合与校准挑战：星地观测数据来源不同，其精度、时空分辨率等存在差异，需要进行有效的融合和校准。此外，在多源污染物排放再分析产品的后验订正方向不一致时，如何充分融合后验信息，多因子协同约束FFCO₂排放也是一个难题。

• 先验排放清单不确定性：基于排放清单的先验信息存在不确定性，会影响碳排放清单校验的准确性。如南京地区CO₂排放估算结果与EDGAR清单的年平均排放量相比，差异在-10.5%到77.3%之间。

期望实现的主要技术目标

结合星地观测和化学模式的碳排放核心技术目标是提升碳排放数据的精准度、可信度与动态追踪能力，具体可拆解为以下三点：

1. 修正传统清单偏差，实现“量”的精准校准：通过星地观测（卫星宏观捕捉区域浓度、地面站点精准验证）获取的实际CO₂浓度数据，结合化学模式反演排放源强，识别传统统计清单中因数据滞后、口径差异、源遗漏导致的偏差，将清单误差控制在更低范围（如从传统的10%-20%降至5%-10%）。

2. 定位排放源时空分布，实现“源”的精准刻画：突破传统清单“重总量、轻分布”的局限，借助高分辨率卫星数据（如 Sentinel-5P）与模式的空间插值能力，精准定位排放热点区域（如某工业园区）、关键时段（如工业生产高峰季），形成“时空双高分辨率”（如城市级1km×1km、月度更新）的排放清单，为针对性控排提供靶点。

3. 构建“观测-模拟-校验”闭环，提升清单“信”的可信度：建立星地观测数据与化学模式的协同融合机制，通过多轮模拟-校验迭代，形成可追溯、可验证的碳排放数据链条，既解决传统清单“自说自话”的问题，也为国际碳核算提供客观依据，增强数据在国内政策制定与全球气候治理中的可信度。