中國氣象報記者 盧健
閉上眼睛，你能想像出由南至北、自西向東全球各種植物一個個張著嘴巴不斷吸入二氧化碳、呼出氧氣那番熱火朝天的景象嗎？
依託衛星遙感技術的進步，科學家將這幅圖景「畫」了出來。2009年日本全球溫室氣體觀測衛星（GOSAT）成功發射後，人類依託遙感數據首次實現縱覽全球植被光合作用的「全貌」，並期待這幅「畫作」可以在全球變暖背景下擔當起碳匯（植被吸收並儲存二氧化碳）的「計量者」。11年過去了，這幅「畫作」還有哪裡需要完善，如何才能雕琢得足夠寫實？國家衛星氣象中心倪卓婭博士、陸其峰研究員經過比較分析後，給出了相關線索和建議。
一切的起點，要從被稱作「光合作用的籤名」——葉綠素螢光現象說起。
植物葉綠色分子吸收光輻射後，大部分能量用於進行光合作用，一部分光能轉化為熱量耗散掉，很少一部分能量轉化為波長更長的光，即葉綠素螢光。葉綠素螢光與光合作用密切相關，因此可用於檢測植被狀況，估算總初級生產力，也就是植物通過光合作用固定的碳總量。
葉綠素螢光本身並不是新發現，早在幾十年前，植物學家已經認可葉綠素螢光是有效監測植物生理狀態變化的直接無損方法。隨後，散布於全球的實驗室都在小範圍觀測植物螢光現象。而真正的考驗，則是從數百公裡外的太空為全球植被的葉綠素螢光畫張「全家福」。
「作畫」的關鍵，曾被美國國家航空航天局（NASA）碳與生態系統項目負責人大衛·施梅爾形象地比喻為「關掉太陽光」，因為在「強大」的反射日光的映襯下，「弱小」的葉綠素螢光信號可以說是「相形見絀」。因此，要從太空尋找螢光現象，就必須剝離反射日光的影響。從GOSAT衛星開始，科學家找到了一種「關掉太陽光」問題的解決方案，即調整遙感衛星的光譜儀，只關注一個很窄的頻段，這樣就能降低反射後的太陽輻射，單獨來觀測螢光現象。此後，精度越來越高的美國軌道碳觀測衛星（OCO-2）、中國碳衛星等遙感衛星，都在嘗試描繪出更為精細的全球葉綠素螢光圖像。
在陸其峰、倪卓婭看來，當前階段，如何讓本就十分微弱的葉綠素螢光呈現得更為「寫實」，除了考驗「畫家」（衛星）本身的實力外，還有兩項基礎任務需要在地面同步完成。
在生活中，本來視力所及之物，如果受到大霧的影響，是不是就很難看清？與之類似，太陽光被「關掉」後，微弱的葉綠素螢光在被鏡頭接收到之前，也會受到大氣散射等影響。「儘管在螢光反演方法中經常考慮大氣效應，但考慮到螢光信號太過微弱，其他因素仍需要進一步分析，包括旋轉拉曼散射和雜散光。」倪卓婭介紹，在未來的研究中，螢光反演算法必將在嚴格的大氣校正基礎上發展。具體來說，選擇一些無植被的區域，如沙漠、格陵蘭和南極洲等無螢光區域用於訓練數據，以估計大氣效應的影響。
而另一件基礎任務，則源於「對答案」與「給答案」之爭。幾個近視的人一起看同一張視力表，最下面一行都只能模模糊糊看清，那麼在無法走近視力表的情況下，要知道最下面幾行的結果，唯一的辦法應該就是把幾個人看到的結果放在一起進行比對決定。
此前，星載葉綠素螢光產品驗證最常用的方法正是通過其他日光誘導葉綠素螢光（SIF）產品進行交叉驗證，比如日本GOSAT衛星SIF、美國OCO-2衛星SIF、歐洲全球臭氧監測實驗衛星SIF數據就曾彼此交叉驗證。不過，這種方法仍然是治標不治本。如果我們能走近並拿到那張真實或近似真實的視力表，那麼就可以從根本上解決問題。
事實上，科學家正在試圖拿到那張「視力表」。目前，在地面附近進行的螢光測量很少，並且測量範圍有限，因此難以使用地面數據來驗證SIF衛星數據。在不考慮大氣影響的情況下，基於地面的螢光反演方法就變得更為實際。「可以將地面附近的螢光值視為真實值，並可以用於驗證其他螢光反演結果。」倪卓婭表示，未來標準光譜測量和螢光檢索技術的使用將有望擴展地表葉綠素螢光觀測網絡，最終獲得「真實」螢光值。
2019年，全球化石燃料使用以及工業活動產生的二氧化碳排放量達368億噸，創下歷史新高。為了打出科學有效的「調控牌」，我們不僅要掌握碳排放的詳細數據，同時也要摸清植被固碳的真實能力。關於後者，星載葉綠素螢光產品的技術突破正日益受到關注。