從10月1日到2014年11月11日的平均二氧化碳濃度由軌道碳觀測衛星-2測量。NASA）這篇文章最初是在對話會上發表的。這篇文章為《生命科學》的專家之聲：評論和見解貢獻了一篇文章。

碳是地球上生命的基石。它儲存在地球上的水庫中，巖石、植物和土壤中，海洋和大氣中。它在這些儲層之間不斷循環。

理解碳循環至關重要，原因有很多。它為我們提供能量，作為化石燃料儲存。大氣中的碳氣體有助于調節地球的溫度，對植物的生長至關重要。從大氣到海洋的碳支持了海洋浮游植物的光合作用和珊瑚礁的發育。這些過程和其他無數的過程都與地球的氣候交織在一起，但是這些過程對氣候變化和變化的反應方式并沒有很好的量化。

我們在俄克拉荷馬大學的研究小組正在領導美國宇航局最新的地球探險任務，地球靜止碳觀測站，或GeoCarb。這次任務將在一顆衛星上放置盯核一個先進的有效載荷，從地球赤道以上22000英里的地方研究地球。觀察三種主要的二氧化碳氣體-二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的濃度變化，將有助于我們在理解碳循環中的自然和人類變化方面取得重大飛躍。“KDSPE”“KDSPs”GeoCarb也是NASA之間的創新合作。一所公立大學、一家商業技術開發公司（洛克希德馬丁公司先進技術中心）和一家商業通信發射和托管公司（SES）。我們的“托管有效載荷”方法將在商業通信衛星上建立一個科學觀測站，為未來低成本、商業化的地球觀測鋪平道路。

觀測碳循環著名的“Keeling曲線”，它跟蹤地球大氣中的二氧化碳濃度，是基于在Mauna的每日測量夏威夷的洛亞天文臺。這表明，全球二氧嫌則拆化碳水平隨著時間的推移而上升，但也因生物過程而季節性變化。在北半球的春夏季節，隨著植物的生長和從空氣中吸收二氧化碳，二氧化碳減少。秋季和冬季，當植物相對休眠，生態系統“呼出”二氧化碳時，二氧化碳再次上升。仔細觀察，

和表明，每年的循環略有不同。在某些年份，生物圈從大氣中吸收更多的二氧化碳；在另一些年份，生物圈向大氣釋放更多的二氧化碳。我們想知道更多導致年與年差異的原因，因為這包含了碳循環如何工作的線索。

例如，在1997-1998年的厄爾尼諾期間，二氧化碳的急劇上升主要是由印度尼西亞的火災推動的。最近一次在2015-2016年的厄爾尼諾現象也導致了二氧化碳的上升，但其原因可能是熱帶地區各種影響的復雜混合――包括亞馬遜地區光合作用的減少、非洲溫度驅動的土壤二氧化碳釋放和熱帶亞洲的火災。

這兩個碳循環年際變化的例子，無論是在全球還是在區域上，都反映了我們現在所相信的――也就是說，變化很大程度上是由陸地生態系統驅動的。探索氣候碳相互作用的能力將需要在不同生態系統的過程層面上對這種變化的原因有更為量化的了解。

為什么要研究來自太空的陸地排放“GeoCarb將被發射到大約西經85度的地球靜止軌道上，并在那里與地球同步旋轉。從這個有利的角度來看，從薩斯卡通到蓬塔阿雷納斯的美洲主要城市和工業區，以及廣大的農業區和廣闊的南美洲熱帶森林和濕地也將是如此。二氧化碳的測量Ne和一氧化碳芹棗每日一次或兩次在大部分陸地美洲上有助于解決CO2和CH4的通量變化。“KDSPE”“KDSPs”GEOCUB也將測量太陽誘導熒光（SIF）-植物發出光，它們不能返回空間。生物圈的這種“閃光”與光合作用的速率密切相關，因此提供了一種測量二氧化碳植物吸收量的方法。

美國宇航局率先開發了GeoCarb將執行早期任務的技術，軌道碳觀測站2（OCO-2）。OCO-2于2014年發射進入低地球軌道，此后一直在測量來自太空的二氧化碳，當地球在其下方旋轉時，每天從一個極傳到另一個極。

雖然儀器相似，但軌道上的差異至關重要。OCO-2在16天的重復周期中，在全球大部分地區對一條狹窄的10公里軌道進行采樣，而GeoCarb將從固定位置連續觀察西半球的陸地，每天至少掃描一次這片陸地的大部分。

，在那里，由于有規律的云層覆蓋，OCO-2可能會錯過一個季節對亞馬遜的觀測，GeoCob將以靈活的掃描模式每天瞄準無云區域。每天的回訪將顯示生物圈在接近實時的情況下與氣象衛星一起變化，如位于西邊105度的GOES 16，有助于連接地球系統組成部分之間的點。

碳循環的細微差別許多過程影響大氣中的二氧化碳水平，包括植物的生長和腐爛，化石燃料的燃燒和土地使用的變化，例如為耕種或發展而砍伐森林。單獨使用二氧化碳測量很難將大氣中的二氧化碳變化歸因于不同的過程，因為大氣將來自所有不同來源的二氧化碳混合在一起。

如前所述，除了二氧化碳和CH4之外，GeoCarb還將測量燃燒化石燃料釋放的一氧化碳和二氧化碳。這意味著，當我們看到兩種氣體的高濃度在一起時，我們有證據表明它們是由人類活動釋放的。

作出這一區分是關鍵，因此我們不認為人類引起的二氧化碳排放來自于植物活動的減少或土壤中二氧化碳的自然釋放。如果我們能區分人為排放和自然排放，我們就能得出關于碳循環的更有力的結論。了解這些變化中有多少是由人類活動引起的對于理解我們對地球的影響很重要，觀察和測量對于任何關于減少二氧化碳排放戰略的討論都是必不可少的。

GeoCarb對甲烷的測量將是理解全球碳氣候系統的一個關鍵因素。甲烷是由自然系統（如濕地）和人類活動（如天然氣生產）產生的。我們不了解碳循環中的甲烷部分以及二氧化碳。但是就像二氧化碳一樣，甲烷的觀測告訴了我們很多自然系統的功能。沼澤釋放甲烷作為系統自然衰變的一部分。釋放速率與系統的濕/干和溫/冷程度有關。

不確定天然氣產量對甲烷排放的貢獻有多大。更準確地量化這些排放量的一個原因是，它們代表了能源生產商的收入損失。美國環境保護署估計，美國的泄漏率約為2%，每年可能高達數十億美元。

我們基于GeoCarb將制作地圖，用短短幾天的觀察突出最大的泄漏。發現泄漏將降低能源生產商的成本，并減少天然氣的碳足跡。目前，能源公司通過派遣攜帶檢測設備的人員前往疑似泄漏地點來發現泄漏。較新的機載傳感器可以使這一過程更便宜，但它們仍在有限的基礎上以臨時的方式部署。GeoCarb的定期觀測將在一段時間內為生產者提供泄漏信息