利用碳卫星观测“自上而下”反演人为二氧化碳(CO2)排放量（如左图），为评估区域尺度CO2排放清单提供了一种有效的校验手段。在CO2呈现显著空间变化的大尺度区域，特别在城市群，准确提取人为CO2增强信号并量化CO2排放量仍面临方法上的挑战。本研究提出了一种基于OCO-2碳卫星的二氧化碳柱平均干空气混合比（XCO2）的高精度测量数据，利用观测数据空间自相关特征和局部莫兰指数统计量，精确识别人为排放引起的XCO2升高的新方法。研究结果为大气传输模型模拟（如WRF-Chem）量化人为CO2浓度增强提供可靠的观测数据约束。最后，通过模型敏感性测试和蒙特卡洛模拟的误差分析，进一步实现了人为CO2排放估算及其不确定性的量化分析。卫星观测与模型模拟的人为XCO2增强具有很好的一致性。两者在XCO2增强峰值的大小和位置上存在一定的差异，主要源于先验排放量的不确定性、城市XCO2增量计算误差以及复杂的大气传输过程。

Mengya Sheng, Yun Hou, Hao Song, Xinxin Ye, Liping Lei, Peifeng Ma, and Zhao-Cheng Zeng. Estimating anthropogenic CO2 emissions from China's Yangtze River Delta using OCO-2 observations and WRF-Chem simulations. Remote Sensing of Environment, 2025, 316, 114515. https://doi.org/10.1016/j.rse.2024.114515.

[2] 风云卫星静止轨道红外高光谱的大气一氧化碳反演与分析 (Zeng et al. 202a, AMT)

基于地球同步轨道的大气成分遥感监测是当前大气遥感的新兴领域。我国的新一代地球同步轨道气象卫星风云四号所搭载红外大气垂直探测仪(GIIRS)是国际上第一个地球同步轨道的高光谱红外探测器，如图1所示。其热红外高光谱探测精度高，具有精确反演大气成分浓度的巨大潜力。同时，一氧化碳是一种重要的大气污染物，也是化石燃料燃烧和生物质燃烧导致的碳排放的有效示踪气体，可用于追踪定位碳排放源。利用热红外高光谱反演的一氧化碳浓度在监测城市工业生产和极端自然事件（如森林野火等）的排放估算等方面有广泛的应用。

依据辐射传输原理和最优化估计理论，研究构建了高精度且快速的光谱模拟前向模式和反演算法FY-GeoAIR。该反演方法已经成功应用在了风云四号静止轨道干涉式大气垂直探测仪（FY-4B/GIIRS）的大气一氧化碳反演上。FY-4B/GIIRS是国际首个静止轨道红外高光谱探测仪。研究成果发表于欧洲地球物理学会大气探测技术AMT期刊（Atmospheric Measurement Techniques；Zeng et al., 2023a）。由于该研究实现首次自地球同步轨道监测大气一氧化碳（最重要的污染示踪气体），被AMT期刊精选为亮点文章(Highlight Paper)。该期刊2023年发表的319文章中仅有14篇亮点文章。

Zeng, Z.-C.*, Lee, L., and Qi, C. (2023), Diurnal carbon monoxide observed from a geostationary infrared hyperspectral sounder: first result from GIIRS on board FengYun-4B, Atmospheric Measurement Techniques, 16, 3059–3083, https://doi.org/10.5194/amt-16-3059-2023.

[3] 地球同步轨道的大气氨气和挥发性有机物成分反演与分析 ( Zeng et al., 2023b, AMT; Zeng et al., 2024, JGR)

. 利用风云卫星红外高光谱，研究进一步实现了自地球同步轨道监测大气氨气（NH3）和大气挥发性有机物甲酸（HCOOH）浓度的日夜监测。氨气是大气细颗粒物（PM2.5）的重要前体物，也是我国大气氮沉降的主要来源。因此，氨治理是我国应对空气污染和氮沉降两大关键环境挑战的核心。风云卫星FY-4B/GIIRS获取的高时空分辨率数据（时间分辨率2小时）首次突破了极轨卫星观测手段的时间连续性限制，为解析我国大气氨浓度和排放的日变化规律提供前所未有的观测。

甲酸是地球大气中最丰富的挥发性有机化合物之一，也是大气酸度的重要来源。结合前期的一氧化碳数据，大气甲酸的空间分布展示了东南亚每年春季火灾的巨大排放。这项研究是利用地球静止轨道红外高光谱探测仪监测挥发性有机物的重要的第一步.

Zeng, Z.-C.*, Lee, L., Qi, C., L. Clarisse, and M. Van Damme (2023), Optimal estimation retrieval of tropospheric ammonia from the Geostationary Interferometric Infrared Sounder onboard FengYun-4B, Atmospheric Measurement Techniques, 16, 3693–3713, https://doi.org/10.5194/amt-16-3693-2023.

Zeng, Z.-C.*, B. Franco, L. Clarisse, L. Lee, C. Qi, and F. Lu (2024), Observing a Volatile Organic Compound from a Geostationary Infrared Sounder: HCOOH from FengYun-4B/GIIRS, JGR-Atmosphere, 129, e2024JD041352. https://doi.org/10.1029/2024JD041352.

[4] 风云卫星太阳同步轨道红外高光谱探测仪监测全球一氧化碳浓度 (Zeng et al., 2025)

我国风云三号E星（FY-3E）是世界上第一颗黎明-黄昏轨道的民用气象卫星，赤道上空过境时间约为5:30上午/下午。利用风云三号E星上的第二代高光谱红外大气探测仪（FY-3E/HIRAS-II），本研究对全球一氧化碳（CO）进行了反演。利用一氧化碳在红外波段的独特吸收特征，首先开发了一种基于最优估计的反演算法，以反演 FY-3E/HIRAS-II 上的一氧化碳浓度垂直分布。对四个季节中的一氧化碳浓度反演结果显示了全球野火排放造成的一氧化碳柱浓度的增强量分布。此外，反演结果与模型模拟结果进行了比较，两者显示出良好的一致性。最后，进行了模拟实验，研究热对比度和野火引起的一氧化碳浓度增强的垂直结构对观测灵敏度的影响。结果表明，即使热对比条件不利，在黎明和黄昏时段观测野火诱发的一氧化碳浓度增强也是有效的。这项研究证明了 FY-3E/ HIRAS-II 监测全球一氧化碳的能力，从而揭示了在目前由上午和下午轨道星座进行的全球大气成分观测的基础上增加黎明-黄昏轨道观测的巨大潜力。

Z.-C. Zeng* (2025), Global carbon monoxide and formic acid observed from FY-3E/HIRAS-II in a dawn-dusk sun-synchronous orbit, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Vol. 333, https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2024.109336.

[5] 洛杉矶超大城市甲烷碳排放的遥感探测 (Zeng et al., 2023, Nature Communications)

甲烷是一种重要的温室气体，在大气中的寿命相对较短（约 12 年），因此减排将对气候变暖产生迅速影响。在洛杉矶等大城市，天然气泄漏是大气中甲烷的主要来源。天然气逃逸排放的规模和趋势在很大程度上是未知的，需要对其进行量化，以验证是否符合减排目标。在此，我们利用大气遥感数据表明，与观测到的全球甲烷排放量增长相反，洛杉矶地区的排放量在 2011-2020 年间以平均每年 (-1.57 ± 0.41) % 的速度下降。然而，清单数据计算结果却显示出更大的负排放趋势，即-5.8%/年。自上而下和自下而上的趋势之间的巨大差异反映了在估算已实现的减排量时存在不确定性。在洛杉矶采取的行动可以作为 COP28 和未来甲烷减排工作的蓝图。

[1] Zeng, Z.-C.*, T. Pongetti, S. Newman, T. Oda, K. Gurney, P. I. Palmer, Y. L. Yung, and S. P. Sander* (2023), Decadal decrease in Los Angeles methane emissions is much smaller than bottom-up estimates, Nature Communications, 14, 5353, https://doi.org/10.1038/s41467-023-40964-w.
[论文报道：Highlight by Caltech News and Universities Space Research Association News]
a) https://www.caltech.edu/about/news/methane-emissions-in-la-are-decreasing-more-slowly-than-previously-estimated
b) https://newsroom.usra.edu/new-study-uncovers-slower-methane-emission-reduction-in-los-angeles-challenging-previous-estimates/