加快推进“双碳”监测卫星技术应用产业发展的思考

伍爱群，刘伟亮，李昕，韩佳

（1.上海航天信息科技研究院；2.上海航天空间技术有限公司；3.中国航天科技集团公司第八研究院；4.上海航天信息科技有限公司）

气候变化和环境保护问题已成为全球关注的焦点，应对气候变化、降低碳排放、实现碳达峰和碳中和已成为国际社会的共同责任和目标。作为世界上人口众多、工业化水平逐渐提高的国家，中国正积极响应国际社会的呼吁，积极参与气候治理，为可持续发展和生态环境保护作出贡献。在这一背景下，“双碳”监测卫星技术应用产业崭露头角，成为碳监测和环境保护领域的关键领域之一。我国航天产业历史悠久、创新实力强劲、产业基础雄厚，涌现出了一批优秀的科研院所和龙头企业。加快推进“双碳”监测卫星技术应用和产业发展，有利于发挥我国航天领域的优势，助力实现碳达峰碳中和目标。

一、发展现状

卫星技术在气候监测中扮演着关键角色，包括碳排放监测、林木覆盖变化、温室气体排放源追踪等方面。卫星技术具有广域覆盖、高分辨率、多源数据获取等特点，通过监测地表温度、植被覆盖、土壤湿度等多个指标，可以帮助科研人员和政府部门更准确地了解碳排放和碳储存情况。卫星数据的全球性覆盖和实时性也为气候变化的跟踪和分析提供了关键支持。随着气候治理的日益紧迫，全球碳市场的发展也日益活跃。卫星技术应用产业作为为碳市场提供关键数据和信息的重要一环，具有广阔的商业前景。不仅国内，全球范围内对于卫星数据的需求也在快速增长，这为卫星技术应用产业提供了巨大的商业机会。一些发达国家已经建立了完善的卫星监测体系，为实现碳中和提供了有力支持。我国推出了一系列政策措施，包括碳市场建设、能源结构调整等，以应对气候挑战。同时，我国已自主研发了一批卫星，如高分辨率遥感卫星、碳监测卫星等，为“双碳”目标的实现提供了技术支撑。

近20年来，很多气象、环境类卫星能够从太空观测到甲烷和二氧化碳等温室气体的排放。欧洲的Envisat、日本的GOSAT、美国的OCO-2和中国TanSat等开拓性航天任务已经在一定程度上实现了卫星遥感碳监测（见表1），但相关技术远远不能满足需求。首先，这些仪器体型庞大。如Envisat的光谱仪SCIAMACHY包含了近200千克重的复杂光学元件，加上另外8台科学仪器，整星重达8.2吨；专门用于温室气体监测的GOSAT卫星重达1.75吨。此外，这些系统是为了快速、重复地测量全球的气体浓度而设计的，仪器会扫描大片土地，然后得出超过几十或数百平方公里范围的温室气体平均水平；只能实现宏观尺度的观测，无法确定是哪个工业区造成了异常排放，难以对人为碳排活动进行高时频、高空间分辨率监测。

表1 世界主要国家专用碳卫星能力对比

二、产业发展存在的问题

当前，碳监测卫星技术产业发展还存在一些问题和短板，主要体现在以下几个方面：

（一）技术水平不足

尽管当前我国已经成功发射了一些碳监测卫星，但与国际领先水平相比，仍存在技术差距。卫星分辨率、数据获取能力、精度等方面有待提高，在准确监测碳排放和碳储存情况方面还有一定差距。卫星的分辨率决定了其能够捕捉的地表细节和变化程度。当前一些卫星在这一方面存在不足，导致无法准确捕捉到小范围内的碳排放源和碳储存地点。卫星的数据获取能力不仅包括卫星本身的性能，还包括遥感数据的实时性和频次。监测频次低就难以捕捉到碳排放和碳储存的快速变化，尤其是在紧急情况下数据获取困难。精度问题不仅影响科学研究的准确性，还可能影响政府部门制定政策和企业决策。

（二）数据共享不畅

卫星获取的数据在多个部门之间缺乏高效的共享机制，导致信息孤岛和资源浪费现象。跨部门合作和数据共享的机制亟待建立完善，以更好地支撑政策制定和决策实施。“双碳”监测卫星领域涉及多个部门，包括航天、气象、生态环境等部门，每个部门都拥有自己的卫星监测系统和数据资源，但这些数据往往存在封闭性，不易与其他部门共享，导致部门之间存在“数据孤岛”，难以实现卫星数据的全面整合和综合利用。与此同时，不同部门使用不同的数据标准和格式，使得数据共享和交换变得复杂，需要额外的数据转换和处理工作，增加了时间和成本，降低了数据的实时性和可用性。卫星数据对于气候监测、碳排放追踪等应用具有巨大潜力，但因数据不畅而未能充分挖掘和应用，导致潜在的效益未能实现。

（三）产业链不完善

在“双碳”监测卫星技术应用产业中，卫星的设计、制造、发射、数据处理、应用等环节我国尚未形成完整的产业链。相比之下，国际领先国家已经建立了相对完善的卫星产业生态系统，各环节之间协同发展，形成了卫星技术的全产业链。在我国卫星产业链中，不同企业之间合作协同程度有限，市场化程度相对较低；缺乏有效的合作机制，使得企业之间难以共享资源、共同研发，导致资源的分散利用和效率低下；政府主导的项目较多，市场机制不够灵活，难以满足多样化的需求，也限制了产业链的发展和创新。

（四）专业人才短缺

卫星技术应用领域需要一批高素质的专业人才，包括工程师、数据分析师、遥感专家等。然而，我国在这些领域的高端人才相对短缺。这导致卫星技术应用产业的人才配备不足，难以满足行业快速发展的需求。高校和研究机构在卫星技术领域的人才培养相对滞后，课程设置和培训体系不够完善，相关专业的毕业生缺乏实际工作经验和实际操作技能，难以迅速适应卫星技术应用产业的需求。

卫星技术应用领域需要跨学科的合作，包括工程、地球科学、大数据分析等多个领域的专业知识。然而，跨学科合作不足，导致人才之间的知识孤立和难以整合不同领域的专业知识。此外，由于薪资待遇、科研环境和职业发展机会相对不足，一些高素质技术人才可能选择离开卫星行业，寻求更好的职业发展机会。人才流失将对卫星技术应用产业的发展带来严重影响。

三、主要建议

针对当前面临的技术研发、数据共享、产业链完善、人才培养引进等方面的问题，政府、企业和科研机构需要共同努力、形成合力。建议加大对卫星技术应用产业的政策支持力度，建立健全相关法规制度，鼓励跨领域、跨区域创新合作，加快推进卫星技术应用产业发展，提高卫星数据的质量和可用性，为实现“双碳”目标和气候治理提供更有力的支持。

（一）加强卫星技术研发和创新

建议政府部门增加对卫星技术研发项目的资金投入，建立更加灵活的研究项目审批和管理机制，以鼓励科研机构和企业进行更多的创新实践。设立专门的科研基金，重点支持卫星技术领域的前沿研究和关键技术攻关，推动卫星分辨率、数据获取能力和精度等关键性指标的不断提升。鼓励科研院所、国有企业和民营企业合作，为民营企业提供更多技术创新的支持，推动研发成果的商业化应用。

要加强我国政府部门、科研机构和企业与发达国家的卫星技术研发团队开展国际合作、建立密切联系，共享先进技术和经验。建立开放创新平台，鼓励各领域的专业人才参与卫星技术创新，推动跨学科合作和知识交流。建立健全知识产权保护机制，保护技术创新者的合法权益，激励更多企业和研究机构积极投入卫星技术研发和创新中。

（二）建立卫星数据共享机制

政府部门应牵头建设综合性卫星数据共享平台，汇集来自不同领域的数据资源，包括碳监测、气象、地质、林业等多个领域的卫星数据。平台提供多维度的数据查询和访问功能，支持政府决策、科研、应急响应等多种应用需求。同时，引导各相关部门和企业制定并遵守统一的数据标准，确保数据格式的一致性。

由政府部门设立奖励机制，鼓励数据提供者主动分享数据。通过奖励或优惠政策，激发更多单位积极参与数据共享，扩大数据资源的规模和质量。同时，鼓励数据提供者不断提高数据的实时性和更新频率，以满足监测需求的时效性。

加强数据安全和隐私保护，确保数据共享的可持续性和合法性，保护敏感数据的安全，防止数据泄露和滥用。充分尊重隐私权，确保数据的合法获取和使用，建立有效的数据审核和监管机制，维护数据共享的诚信性和可信度。

（三）完善卫星技术产业链

加强对卫星技术的战略规划和政策支持，明确发展方向，制定长期技术发展规划，为卫星技术的研发、制造、数据处理和应用提供财政和税收支持。设立专项资金，鼓励企业在关键技术领域进行投资和研发，推动卫星技术自主创新。

设立专项基金用于卫星技术创新和装备升级，提高企业在卫星技术产业链上的自主控制能力。推动企业与高校和科研机构的深度合作，共同攻克技术难题，提高产业链上下游的协同效应。同时，积极寻求国际合作机会，加强国际标准的制定和参与，推动卫星技术的国际交流与合作，吸收国际领先国家的经验，加速卫星技术应用产业链的发展。

（四）加强人才培养和引进

加强人才合作培养，鼓励高校与企业和科研机构建立合作项目，为学生提供更多实际操作和实践机会，培养具备实际工作经验的卫星技术人才。通过提供科研项目奖励、博士生奖学金和科研经费等方式，为高水平卫星技术人才提供具有竞争力的薪资待遇和职业发展机会。为人才提供便利的落户和工作签证政策，吸引国际卫星技术专家和研究人员来华工作。设立专门的引才计划，聚焦卫星技术领域，吸引集聚更多优秀人才，促进卫星技术创新和应用发展。

探索建立人才流动机制，通过支持学术交流、开展产学研合作项目、设立创新中心等方式，促进人才在不同领域和单位之间流动。卫星技术应用领域需要多学科的合作，建议设立跨学科研究项目，鼓励不同领域专业人才之间开展合作和交流，举办学术研讨会、合作开展项目研究、共同设立科研基金等。

（五）通过商业卫星示范项目引领产业发展

在商业微纳卫星搭载具有先进性的碳监测载荷设备，在轨开展大范围碳监测精准、可溯试验的基础上，谋划建设星座及数据应用中心，为全国各地提供碳监测数据的系统全面服务。利用星座的布局设计，通过碳卫星监测把碳排放、碳汇聚的时空轨迹展示从以往的“过去时”推进到“现在时”，并通过对历史数据的回归分析，预测碳足迹的“将来时”，满足全方位、全天时、高精度开展碳监测的迫切需求。

碳监测微纳卫星系统能利用小卫星快速响应的技术特点，以低成本、高密度，先单星、后星座，小步快走、渐进迭代的方式，逐步完善空天地一体的二氧化碳监测体系建设。同时再结合北斗卫星时空定位技术、人工智能、物联网、云计算等多种技术手段进行碳监测的应用辅助，为科学化、精确化推进“双碳目标”提供技术支撑。

2022年8月4日，由上海航天空间技术有限公司研制的“零碳小先锋”示范卫星（见图1）搭载CZ-4B运载火箭在太原卫星发射中心发射成功。卫星主要通过高光谱遥感对甲烷等温室气体的排放源（碳源）进行定量监测试验，探索实现全球重点目标的碳源定量监测技术路径；同时，针对高分五号卫星甲烷监测载荷数据、欧洲哨兵五号卫星甲烷监测在轨数据，开发出一套对我国试点地区或典型煤矿企业甲烷排放进行估算的模型，为进一步深入研究奠定了良好基础。

图1 “零碳小先锋”示范卫星

（六）推动“双碳”监测卫星技术在更多领域示范应用

结合“双碳”监测卫星技术应用，健全碳排放权市场交易制度，完善相关交易规则和核算标准，探索形成全球太空碳监测能力，为企业减碳提供参考，为政府决策提供支撑，推动我国积极参与国际气候谈判和规则制定，进一步提升国际话语权。深化“双碳”监测卫星技术、人工智能等数字技术在污染监测和治理等领域的应用，通过机器学习等技术手段，对监测数据进行分析，预测污染情况，提出治理方案，进一步提高生态环境监管和治理效能。

随着全球气候变化问题日益严峻，“双碳”监测卫星技术应用产业的重要性日益凸显。加快“双碳”监测卫星技术应用产业发展是推动实现“双碳”目标和参与全球气候治理的重要举措，将为我国在卫星技术领域取得更大突破，实现碳达峰碳中和、构建可持续发展的生态环境、深度参与全球环境和气候治理、更好地应对气候变化挑战作出重要贡献。