得益于卫星源源不断传回地球的数 TB 数据，监测地球碳循环和人类二氧化碳排放的工作日益得到来自太空的支持。
五篇论文今日发表于《科学》提供了美国国家航空航天局（NASA）轨道碳观测者-2（OCO-2）任务的数据。这些数据以前所未有的细节展现了地球碳循环，包括东南亚火灾的影响、亚马孙森林的生长速度，以及2015—2016年厄尔尼诺期间大气二氧化碳浓度创纪录的上升。
另一项两周前发布的卫星研究揭示了热带地区生物量的迅速流失，表明我们一直忽视了陆地碳排放的最大来源。我们或许会担心土地清理，但热带森林因采伐等退化过程而损失的生物量是前者的两倍。
要进一步了解地球碳动态，下一步是开发能够区分人类活动与自然过程的传感器、卫星和计算机模型。
卫星能探测到人为排放吗？
利用卫星追踪我们减少化石燃料排放的努力，这一想法颇具吸引力。现有卫星还做不到这一点，但下一代卫星旨在支持在国家、地区和城市层面开展监测。
现有卫星传感器能够测量大气中的 CO₂ 浓度，但无法判断这些二氧化碳来自碳与陆地和海洋之间的自然交换，还是来自燃烧化石燃料、水泥生产和森林砍伐等人类活动。
同样，卫星也无法区分叶面积覆盖（绿度）的自然变化与人为变化，也无法判断植被吸收 CO₂ 的能力。
但随着卫星空间分辨率提高，这种情况将会改变。OCO-2 能观测到小至 3 平方公里的地物，而此前专门用于此类观测的卫星GOSAT只能观测面积约 50 平方公里及以上的地物。
随着分辨率提高，我们将能更好地观测排放热点上空 CO₂ 浓度升高的情况，例如大城市、非洲和澳大利亚的灌木林火灾区域，甚至单个发电厂和工业泄漏点。
将这些探测技术与大气、海洋和陆地的计算机模型结合起来，我们就能把人类的影响与自然过程区分开来。
例如，我们早已知道，厄尔尼诺事件期间大气 CO₂ 浓度上升得更快，这主要是由陆地变化造成的。直到借助 OCO-2 卫星的鸟瞰视角，我们才得以发现，最近一次强厄尔尼诺期间，各热带大陆的反应截然不同：东南亚的火灾排放增加，亚马孙森林的碳吸收减少，而热带非洲的土壤呼吸增强。
同样，如今随着 CO₂ 浓度不断升高，我们可以研究过去几十年地球绿化显著背后的过程。如今，植被覆盖土地中多达 50% 的区域比30 年前更加绿意盎然。据估计，日益增强的人为 CO₂ 肥效作用是推动植被变绿的主要因素。
如今，我们拥有能够以数十米空间分辨率研究这一过程的卫星，这意味着我们也能追踪导致绿化退化的过程，例如森林砍伐。
未来展望
未来十年将会开发更多太空传感器和建模工具，帮助我们追踪碳循环。
GOSAT-2将取代现有的 GOSAT，大幅提升分辨率，并以更高灵敏度测量 CO₂ 和甲烷（CH₄）——另一种重要的温室气体。
与此同时，GeoCarb卫星将被送入美洲上空的地球同步轨道，用于测量 CO₂、CH₄（主要来自热带湿地）和一氧化碳（来自生物质燃烧）。它还将监测天然气行业是否发生大型泄漏。
BIOMASS和FLEX卫星任务将分别提供更准确的全球森林高度和碳密度估算，以及植物光合能力估算。
国际空间站上有一台名为GEDI的仪器，也将估算植被高度和结构；它与ECOSTRESS结合后，将评估地上生物量、碳储量和生产力的变化。
在澳大利亚，我们正在开发大气建模系统和动态植被模型，以利用最新一代卫星观测和地面观测数据，绘制整个大陆的碳源与碳汇分布图。
通过陆地生态系统研究网络（TERN），我们正准备充分利用这些新任务，并在 TERN 的超级站点和其他重要采样地，帮助验证许多由太空观测得出的估算结果。
随着太空传感器、地面观测和计算机模型将产生大量信息，我们正步入一个新时代，届时我们将以前所未有的能力追踪人类对大气、陆地和海洋的影响。
