[发明专利]天基CO2

说明书

本发明提供了一种天基CO₂通量激光探测装置，包括激光模块、收发模块以及解算模块；激光模块包括主激光器、第一单频激光器、第二单频激光器及光开关；光开关用于控制交替发出第一单频激光器、第二单频激光器的输出激光；收发模块包括光学收发装置及伺服系统，光学收发装置将输出激光发射至测量区域，以及接收测量区域的回波信号；解算模块用于根据回波信号进行信号处理解算得到测量区域的风场廓线信息及CO₂浓度廓线信息，并计算得到CO₂通量数据。本发明的天基CO₂通量激光探测装置设置于天基平台可以高精度、高可靠性地测量地表的CO₂收支量。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，具体而言，涉及一种天基CO₂通量激光探测装置。

背景技术

大气中CO₂等温室气体浓度不断升高引起的全球变暖、极地冰盖消融、海平面上升、生态系统的物种组成改变等全球变化已成为人类最为关注的环境问题，研究地球系统的碳循环机理、全球陆地生态系统碳收支及其环境变换响应已成为当前一系列大型国际研究计划的共同核心问题。在全球碳循环和碳收支研究中发现了“碳失踪”问题，并且推测这些“失踪的碳”可能被蓄积于陆地生态系统之中。因此。如何准确地预测地球陆地生态系统与大气间净CO₂交换量、分析其时空分布格局，便成为地球物理、生物学家们一致致力于解决的重大科学问题。

目前观测全球生态系统的碳收支的方法是涡度相关法。它是通过快速测定大气中CO₂浓度与风速的协方差来计算湍流通量的一种方法，它是基于大气湍流理论和数据统计分析相结合的一种计算。其中涡度相关法经过长期的理论发展和技术改进，已经实现了对森林、草地等局部生态系统CO₂通量的测量。随着涡度相关通量观测在全球范围内的广泛开展，一个覆盖全球陆地生态系统的国际碳通量观测研究网络应运而生。但通量观测站点均处于远离市区的野外，经常会由于恶劣天气、系统故障或者其他外界干扰而造成通量观测仪器的失灵，并由此使得通量观测数据在数量和质量上达不到研究的要求。同时全面反演全球的碳分布将需要大量的CO₂探测站，因此实现难度大，成本高。除此之外，多光谱衍射光栅也是测量CO₂浓度分布的常用方法，它是在可见光和近红外谱段，利用分子吸收谱线探测二氧化碳浓度，但该测量方法无法做到全天候、全天时工作，且仅能测量CO₂浓度，无法得到风场信息，因此也就无法反演CO₂通量。

实现全球覆盖的CO₂浓度测量的高效手段是利用卫星遥感。例如，基于星载差分光谱探测原理的被动遥感方案，是当前较为主流的一种获取全球CO₂浓度分布的方式，可以在可见光和近红外谱段，利用分子吸收谱线探测二氧化碳浓度，但该测量方法无法做到全天候、全天时工作，且仅能实现大尺度范围的CO₂浓度测量，进而获得CO₂通量数据产品，但该产品已经是载荷4-5级数据产品，不仅分辨率极低，而且数据的可靠性大幅降低。目前已经规划的天基差分吸收激光雷达，可以提供更高分辨率的浓度数据，但其任务仍是以柱浓度为探测目标，不具备通量探测能力。

因此，现有基于卫星遥感的CO₂通量探测方式存在分辨率及可靠性低的问题。

发明内容

本发明解决的是现有基于卫星遥感的CO₂通量探测方式存在分辨率及可靠性低的问题。