谈到碳排放，人们常会想到工厂烟囱、汽车尾气、火电机组和钢铁炉火。谈到碳汇，又会想到森林、草原、湿地和农田。它们一个释放碳，一个吸收碳，看似发生在地面，实际上早已进入太空视野。今天，卫星正从几百公里外俯瞰地球，帮助人类追踪看不见的二氧化碳，也记录山川草木怎样改变碳循环。

双碳目标里的碳，并不是一块黑色固体，而更多以气体、植物有机质、土壤碳和生态系统交换的形式存在。二氧化碳无色无味，普通人很难凭眼睛看到它从哪里来、去哪里。空天信息的价值，正在于把看不见的碳变成可观测的信号。卫星不能像账本一样直接写出某个烟囱排了多少吨碳，却能通过大气浓度、地表覆盖、植被长势、火点变化和人类活动痕迹，为碳排放和生态变化提供独立证据。

碳卫星的科学原理，很像给大气做光谱体检。阳光穿过大气层，被地表反射后再回到卫星传感器。二氧化碳分子会在特定波段吸收光。卫星测量这些吸收特征，再结合大气、云层、地表反射和气象信息，反演出大气中二氧化碳的柱平均浓度。简单说，卫星不是拍到二氧化碳的形状，而是从光谱留下的指纹中推断它的多少。

中国碳卫星是我国首颗温室气体监测卫星，2016年发射升空，目标是获取全球大气二氧化碳浓度数据。相关科研团队通过自主算法反演全球二氧化碳浓度产品，精度达到国际同类卫星先进水平，并进一步开展碳通量计算。碳通量听起来复杂，其实可以理解为地表和大气之间碳的进出账。某片森林一年吸收了多少碳，某个区域总体是吸收还是释放，都需要这类计算来回答。

监测排放源，不能只靠一颗卫星。火电厂、钢铁基地、城市群和交通走廊会释放二氧化碳，卫星看到的是经过大气扩散后的浓度变化。风会把气团吹走，天气会改变混合高度，城市背景浓度本身也在波动。要从浓度变化反推排放，需要碳卫星、气象数据、排放清单、地面站和模型共同工作。它像根据水面涟漪判断石头落点，必须同时知道风向、水流和周围背景。

甲烷等温室气体也值得关注。甲烷浓度低于二氧化碳，却具有更强的短期增温效应，来源包括能源开采、垃圾填埋、农业活动和湿地自然释放。高光谱卫星和大气环境监测卫星能够为温室气体及大气污染物观测提供更多线索。随着观测分辨率提高，未来一些大型排放异常有望更快被发现，并与地面核查形成闭环。

看排放只是双碳的一半，另一半是看生态系统怎样吸收碳。森林、草原、湿地和农田通过光合作用吸收二氧化碳，把碳固定在植被和土壤中。遥感卫星可以监测植被覆盖、叶面积、树高、森林结构、湿地水面和生态工程变化。植被越茂盛，并不一定简单等于碳汇越强，还要看树种、生长阶段、土壤、水分和人为干扰。卫星提供的是连续观察，生态模型和地面样地则负责把观察转化为碳汇估算。

句芒号陆地生态系统碳监测卫星就是面向这一任务的重要中国实践。它是我国首颗陆地生态系统碳监测卫星，也是世界首颗森林碳汇主被动联合观测遥感卫星。所谓主被动联合观测，可以理解为既接收自然反射信号，也主动发出探测信号，从而更好获取森林高度、植被结构和生态参数。森林碳汇不只看树冠颜色，还要看树有多高、结构多密、覆盖多广。

生态变化同样会影响双碳。森林砍伐、湿地萎缩、草地退化、荒漠化扩展，会削弱生态系统吸收碳的能力；退化土地修复、植树造林、湿地保护、矿山生态修复，则可能增强碳汇。遥感影像把这些变化记录成长期档案。多年影像叠加后，生态工程有没有见效，植被是否恢复，水体是否扩张，裸地是否减少，都能得到更客观的判断。

空天信息还可以把能源转型的进展看得更清楚。大型光伏基地、风电场、输电通道和绿色基础设施在遥感影像上都有空间痕迹。卫星不能替代能源统计，却能辅助了解新能源设施布局、土地利用变化和生态影响。双碳不是单纯少排一点碳，而是能源结构、产业结构、空间开发和生态保护共同变化。卫星的优势在于看见这种变化发生在哪里、扩展多快、影响多大。

当然，从卫星看双碳并不等于一眼看穿所有答案。大气反演会受到云、气溶胶、地表反射和观测角度影响。碳排放估算需要模型，模型有不确定性。生态碳汇也不是只靠卫星绿度就能确定，地面样地、通量塔、森林清查和土壤调查仍然不可替代。真正科学的碳监测，必须是天上看、地面测、模型算、制度核共同完成。

未来的碳监测会越来越像一张立体网络。碳卫星负责大范围观察，大气环境卫星追踪污染物和温室气体，生态碳监测卫星评估森林草原湿地，北斗提供统一时空基准，地面站提供校准，人工智能在海量数据中识别异常。碳排放和生态变化不再只停留在年度报表里，而会逐步进入更高频、更精细、更透明的监测体系。

从太空看双碳，看的不只是排放，也是在看发展方式。哪里能源结构正在变化，哪里生态系统正在恢复，哪里城市扩张带来新的压力，哪里绿色工程正在发挥作用，都会在长期遥感记录中留下痕迹。卫星无法替代人类行动，却能让行动有证据、让变化可追踪、让承诺更可核查。当天上的传感器持续注视地球，双碳目标便多了一层来自空天信息的科学守望。

作者：张天缘，中国基本建设优化研究会，中国科普作协会员，科普中国专家，2025年科普中国百佳科普号独立运营创作者等。

简介：本文以从太空观察碳为叙事线索，解释卫星如何监测二氧化碳浓度、识别排放线索、评估森林草原碳汇和生态变化。文章旨在让公众理解，双碳目标不只依靠统计报表，也需要空天信息提供客观、连续、可核查的科学支撑。