基于星载IPDA激光雷达与HSRL协同反演强点源CO2排放量的创新方法研究

针对传统二维高斯羽流模型在强点源CO2排放反演中的局限性，中国研究团队利用AEMS卫星搭载的IPDA激光雷达和HSRL，开发了改进的三维高斯羽流模型（MGPM）。该研究对12个电厂卫星过境数据进行分析，结果显示排放量反演误差较传统方法降低31.63%，与美国EPA数据相关性达0.84，为全球碳监测提供了独立验证手段。

　　

随着全球气候变化加剧，精确量化人为CO₂排放成为科学界迫切需求。强点源（如发电厂）贡献了全球40%以上人为排放，但传统"自下而上"的温室气体清单法依赖企业自主报告，存在数据隐瞒风险；而被动遥感卫星易受云气溶胶干扰。中国于2022年发射的AEMS卫星搭载了主动式积分路径差分吸收激光雷达（IPDA）和高光谱分辨率激光雷达（HSRL），为这一难题带来突破契机。

浙江大学的研究团队在《Remote Sensing of Environment》发表最新成果，通过创新性结合IPDA激光雷达的CO₂柱浓度探测能力与HSRL的大气边界层监测功能，建立了基于改进三维高斯羽流模型（MGPM）的反演算法。该研究选取美国5座大型电厂进行验证，结果显示：相比传统二维模型，新方法将反演误差从平均17.1%降至6.23%，与美国环保署（EPA）报告的排放量相关性达0.84，日均绝对误差仅6.1千吨。

关键技术包括：1）利用IPDA激光雷达获取70米分辨率的地面足印CO₂差分吸收光学厚度（DAOD）数据；2）通过HSRL精确测定大气边界层高度和气溶胶垂直分布；3）构建包含垂直对流和边界层约束效应的三维羽流扩散模型。

【IPDA激光雷达数据处理结果】
通过帕尔塔准则和光谱能量匹配法处理回波信号，在375米间隔的XCO₂测量中实现<1 ppm的精度。典型电厂下风向区域DAOD增强幅度达0.12，对应XCO₂浓度升高4.3 ppm。

【排放反演与验证】
对西星杰弗里能源中心等电厂的分析表明，MGPM有效克服了二维模型对边界层累积效应的忽视。例如在Colstrip电厂案例中，新方法将反演偏差从18.7%降至5.2%，显著优于传统方法。

该研究首次实现星载主动激光雷达对点源排放的精准量化，平均反演不确定度17.1%。这不仅为《巴黎协定》下的跨国碳核查提供独立技术手段，其三维建模思路更为火山喷发等突发排放事件监测开辟新路径。正如作者指出，未来通过优化气团轨迹追踪算法和增加卫星重访频率，有望将误差进一步控制在10%以内。