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空地一体助力碳核查

2021-04-20 10:52:41    来源: 中国自然资源报    作者:徐胜华

资源、能源、环境和气候变化是世界各国共同面临的重大挑战,碳平衡和碳贸易问题已经成为应对全球气候变化的国际重要议题之一。

当前,我国开启全面建设社会主义现代化国家新征程,实现碳达峰、碳中和对于加快生态文明建设、促进高质量发展至关重要。

早在“十二五”期间,中国测绘科学研究院就根据我国气候变化国际履约谈判和实现节能减排与经济社会可持续发展的需要,开展了碳源/汇估算和核查的科学研究。2012年,中国测绘科学研究院联合北京林业大学、山东农业大学建立跨学科、跨地域的研究团队,参与了国家863计划项目“碳核查遥感技术体系研究”。项目组选择山东泰山区域、内蒙古大兴安岭区域为研究区域,开展了森林生态系统碳核查关键技术研究。

融合多源遥感数据开展泰山森林碳核查

泰山是我国暖温带物种资源最丰富的地区之一,属于华北植物区系,植被类型丰富,森林覆盖率为80%以上。这里水源充足、地势复杂,已经形成了稳定庞大的森林生态系统。为了获取研究区域第一手样地数据资料,2013年5月,研究团队在泰山区域开展了为期一周的野外样地实地调查。由于时间短、任务重,12人的研究团队分为3个小组开展调查工作。大家划定临时样地,测量样地内林木的胸径、树高以及样地中心经纬度坐标、坡度、坡向,观察林木类型。

研究团队获取了泰山区域47个样地的野外调查数据,为建立泰山区域的胸径树高模型奠定了坚实的原始数据基础。团队对样地数据进行异常值去除,针对实地获取的各类林种的胸径树高数据进行径阶分析,获得了每个树种在每个径阶上的平均高度,进而对树高模型进行拟合,建立胸径—树高模型,计算样地森林生物量。

基于卫星遥感数据,研究团队提出了融合多源遥感数据的森林类型精细识别方法,构建了基于机器学习的森林生物量遥感反演模型,并利用研发的森林碳核查信息服务原型系统,对泰山区域的森林地上生物量进行了估测,并从高程、坡度和坡向3个方面分析了泰山区域地上生物量的空间分布特征,制作完成了山东泰山区域碳储量空间分布图,为森林经营管理部门提供了科学依据。

绘制内蒙古大兴安岭林区碳储量空间分布图

大兴安岭是中国最北、面积最大的现代化国有林区,林木蓄积量5.01亿立方米,占全国总蓄积量的7.8%。大兴安岭区域内生态系统类型繁多、完整,包含北方各种常见生态系统类型,地形地势复杂、立地类型多样,既有区域代表性又有保护重要性。研究团队与内蒙古森工集团开展合作,分别于2013年6月~7月和2014年1月在阿里河、绰源、图里河、满归4个林业局和莫尔道嘎林业局、满归林业局开展了外业夏季调查和野外冬季调查。

调查期间,研究团队对大兴安岭地区3个主要树种兴安落叶松、白桦和山杨单木地上各组分的生物量进行了测定,同时收集了部分样木的圆盘用于生长过程分析。此外,他们还利用生长锥对3个树种开展了年轮样芯钻取,建立了兴安落叶松、白桦和山杨一元和二元可加性生物量模型;结合样地调查资料和树轮宽度数据计算林分生物量和生产力,分析林分因子对生物量和生产力分配模式的影响;建立林分生物量和蓄积量之间的函数关系,推测研究区3个树种的森林总生物量,绘制了内蒙古大兴安岭林区碳储量空间分布图,实现了生物量估测从单株到林分再到整个林区。

研究团队提供的内蒙古大兴安岭林区碳储量空间分布图,对内蒙古森工集团了解不同植被类型碳储量大小、不同立地条件下树木生长过程、森林生态系统的数量变化特征和缓解陆地使用变化引起的温室效应具有重要作用,为内蒙古森工集团分析内蒙古大兴安岭区域植被生产力及碳储量和碳汇能力提供了数据支撑,对我国生态系统碳循环和缓解气候变化机制研究具有重要意义。

此外,项目提出了生物量遥感模型参数选择方法、森林地上生物量遥感估测方法,建立了典型森林生态系统地上生物量遥感反演模型,获得授权国家发明专利1项、软件著作权1项,发表SCI期刊论文2篇。

建立碳源/汇遥感估测方法与核查技术体系

“十三五”期间,中国测绘科学研究院研究团队对碳核查技术进行了凝练总结,从碳源/汇形成的尺度、格局、过程、动态、耦合、反馈等特点出发,建立了多过程、多尺度、多学科有机结合的碳源/汇遥感估测方法与核查技术体系,并参与制定了国家标准《地表碳核查技术规程》。

《地表碳核查技术规程》通过地面测量、遥感观测和地学模拟等信息技术,以建立全国统一的地表碳核查技术规程,给出了地表碳核查过程中地面观测、数据获取与处理、碳核查方法模型以及成果质量等主要技术环节和技术要求的指南,可以用于采用地面观测数据和遥感影像数据开展地表碳核查工作的过程控制、质量评定等,是实施碳减排、碳交易等的技术依据。该技术规程将为我国区域碳排放可测量、可核查、可报告提供技术支撑,助力我国碳达峰、碳中和国家战略实施。目前,该技术规程已经国家标准委员会通过,待审批发布。

“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期。中国测绘科学研究院相关专家表示,他们将基于碳卫星与地理空间大数据开展我国区域碳循环关键参数立体观测与反演关键技术研究,研发全空间碳源/汇监测信息服务系统,研制碳参数全、时空分辨率高、时间序列长的具有自主知识产权的碳参数产品,为全球碳源/汇精确估算提供新方法和科学数据支持,提升我国碳循环研究的国际影响力。

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