im体育该工作由国家重点研发计划项目“全球生态系统碳循环关键参数立体观测与反演（2017YFA0603000）”支持。项目由中国科学院空天信息创新研究院牵头，首席科学家为刘良云研究员。项目目标为：突破全球生态系统碳循环关键参数的高精度立体观测与反演关键技术，研制全球碳循环关键参数的数据产品生产与共享平台im体育，提供时空分辨率最高、时间序列最长、碳循环参数最全的碳循环遥感产品共享服务，发展大数据的碳收支直接估算新方法，提供全球碳收支科学数据和咨询报告。

　　全球海洋碳产品由第三课题“海洋碳循环关键参数立体观测与时空特征研究(2017YFA0603003) ”研发。课题负责人为白雁研究员，由自然资源部第二海洋研究所、国家海洋环境监测中心、中国科学院空天信息创新研究院承担。该课题的研究目标为：研究并建立适用于全球海洋的碳循环关键10个参数卫星遥感反演模型，研制具有自主知识产权的近30年(1978-1986，1997-2019年)共9种全球海洋碳循环关键参数（叶绿素浓度、海水透明度、净初级生产力、海表盐度、TA、DIC、pH、pCO2、POC）遥感数据集；阐明近30年来全球海洋碳循环关键参数的时空分布格局、变率及其主要调控机制，并揭示与全球变化和短期气候振荡的联系。该数据集可在国家地球系统科学数据中心开放下载使用（网址为：）

　　（1）针对目前缺乏高空间分辨率、同时覆盖大洋和边缘海的全球海水碳酸盐参数遥感产品的问题，构建了高精度、同时考虑大洋与边缘海的全球海水碳酸盐参数遥感反演模型，实现了全球海洋四个碳酸盐参数的长时序遥感产品集的生产。

　　海-气CO2通量是表征海洋碳源汇格局的直接参量，其估算最核心的参数为海水CO2分压（pCO2）（大气CO2分压相对稳定）。pCO2为海水碳酸盐系统的四个参数之一，它与海水碱度TA、溶解无机碳 DIC、海水pH有密切的关联。但这四个碳酸盐系统参数为海洋化学参数，它们对光不具有直接的吸收、散射作用，属于无光学活性参数，无法直接被卫星探测。因此，对海水碳酸盐系统参数的定量化反演具有极大的挑战，尤其是全球尺度的一体化反演难度更大。本研究针对目前国际上缺乏高空间分辨率、同时适用大洋和边缘海的全球海水碳酸盐参数遥感产品的问题，首先利用海量的全球走航观测pCO2数据im体育，从海洋碳酸盐系统理论出发，构建了四个碳酸盐参数的走航-卫星匹配大数据样本集，解决了全球遥感建模样本量不足难题；其次，通过大量的模型优化测试，最终基于XGBOOST机器学习方法构建了适用全球大洋、边缘海的pCO2、TA、DIC和pH遥感模型，并利用多源卫星、模式资料生成了全球海洋四个碳酸盐参数的长时序（2003-2019年）逐月遥感产品集，空间分辨率（4 km）较国际同类产品（空间分辨率1o）显著提升，且弥补了国际同类产品在边缘海数据缺失的不足。经过独立的全球实测数据集验证，结果表明，课题生产的TA、DIC、pH、pCO2遥感产品RMSE在开阔大洋分别为10.41 mol/kg、9.54 mol/kg、0.009和8.4 atm；在边缘海RMSE分别为12.92 mol/kg、13.54 mol/kg、0.016、14.30 atm。通过四个碳酸盐参数遥感产品之间两两的碳酸盐体系计算，发现四个参数产品的闭合性良好，其不确定性与课题单独建模结果的数量级相同（与实测数据相关性R~0.92），偏差在3-4（1-1.4%）范围内，验证了我们独立生产的四个参数产品符合碳酸盐系统理论规律。

　　（2）针对海洋有机碳系统及浮游植物固碳参数im体育，弥补了现有遥感产品在近海和趋势分析上的不足，实现了全球海洋浮游植物相关碳参数遥感产品集的生产。

　　海洋水色卫星发射的基本任务为监测全球海洋浮游植物生物量及初级生产力，因此，叶绿素浓度和海表颗粒有机碳浓度（POC）等具有光谱响应的水体物质浓度为海洋水色的常规产品。因此，本研究针对于海洋遥感最基本及较成熟的产品（如叶绿素浓度、初级生产力、海表POC浓度、海表盐度），重点解决现有产品存在的某些不确定性问题，构建了5个关键参数全球遥感产品序列。主要包括：叶绿素浓度建立了新的多星融合算法，解决了多星产品存在系统性偏差所导致的叶绿素浓度趋势变化分析与原始卫星数据结果偏差较大的问题；海水透明度及初级生产力算法基于水体辐射传输理论，构建了同时考虑海水表观光学量及固有光学量的半解析透明度算法，并基于海水透明度估算真光层深度，进而修正了VGPM标准算法产品在近海高估的问题；海表POC浓度产品针对标准蓝绿波段比值算法在近海浑浊水体存在显著低估的问题，构建了考虑陆源物质影响、基于固有光学量参数的POC反演模型；海表盐度构建了一种新的基于距离和质量双重加权的网格化方法，提高了海表盐度产品精度；实现了参数较齐全的全球海洋浮游植物相关参数遥感产品生产。

　　（3）基于生产的海洋碳参数长时序遥感产品集，认识了全球海洋碳源汇的时空分布格局和近20年变率，为阐明全球变化背景下海洋碳汇演变提供了新视角。

　　基于长时序遥感产品，本研究进一步研制了海-气CO2通量及颗粒向下输出通量等直接表征海洋碳汇能力的长时序遥感产品，解析并认识了全球海洋碳循环关键参数和碳源汇的时空分布格局、变率及其主要调控机制，南海、印太暖池等典型海域浮游植物生物泵固碳系统的变化，以及全球各边缘海系统浮游植物变化的差异及调控机制。基于本研究生产的碳参数遥感产品，获得了全球海洋碳汇总量及变化趋势，结果与Global Carbon Budget 2020报告中报道的五个数值模式计算结果相吻合，但本研究产品为4 km分辨率（常规的全球数据集为1×1），可以精细化刻画全球不同海区碳源汇的时空分布格局，特别是在空间尺度小、变化大的边缘海im体育。海洋碳参数综合遥感评估结果表明，随着大气CO2分压的快速上升，海水pCO2也在上升，但低于大气CO2的上升速率im体育，因此，全球海洋碳汇量呈现逐年上升趋势，但不同的海区亦存在显著的区域特征。此外，本研究产品支撑了浮游植物生物量-初级生产力-上层海洋碳储量-颗粒有机碳向下输出通量的生物泵固碳过程的遥感评估，结果表明，全球变化背景下，海洋生物泵的响应非常复杂，相对于大部分海区叶绿素浓度和初级生产力在过去近20年的显著下降，颗粒有机碳向下输出并未出现显著趋势变化，存在初级生产-垂向输出的解耦变化。

　　(指标为25km)目前国际仍未有四个碳酸盐参数相对独立且完整匹配的高精度遥感产品。