基于阈值分割的黑龙江省森林类型遥感识别

全球变化背景下,准确获取森林覆盖是监测森林资源动态、实现林业可持续发展的重要基础。为将省级尺度森林资源清查面积资料空间化,以黑龙江省为例,利用1999-2003年该省森林资源清查面积数据,结合2000年500 m分辨率的MODIS数据,构建了基于阈值分割的森林类型遥感识别方法。该方法利用不同地表覆被类型归一化植被指数时间序列的季节分异特征,以森林资源清查面积为标准,设定森林类型的划分阈值,识别了黑龙江省森林类型的空间分布。最后,基于分层随机抽样和精度评价方法,表明森林类型识别结果与地面参考数据具有较高的一致性,总体分类精度为78.1%;特别是季节特征明显的落叶林,精度可达80%以上。本文所构建的方法可将森林清查统计数据进行准确的空间定位,同时结合多期森林资源连续清查资料和遥感信息,可为识别并量化区域生态系统生物量和碳库变化等提供科技支撑。     

祁连山国家公园森林地上碳密度遥感估算

准确、及时地绘制森林地上碳密度图是了解全球碳循环的必要条件。虽然星载激光雷达(如ICESat/GLAS)数据已被广泛用于估算大尺度的森林地上碳密度分布,但地形坡度对GLAS提取冠层高度精度的影响往往限制了其在山区森林的应用。通过以祁连山国家公园为研究区域,结合GLAS数据、Landsat OLI(Operational land imagery)数据、样地调查数据,对祁连山地区进行区域性的森林地上碳密度估算。首先通过改进后的地形校正模型减小坡度对GLAS数据提取森林冠层高度精度的影响,使得更多的GLAS数据可用于后续的研究;其次将所建立的不同类型森林地上生物量估算模型与相关碳含量转换系数结合,得到GLAS激光光斑(脚印点)的森林地上碳密度;最后利用非参数化算法最大熵(Max Ent)模型得到祁连山国家公园2018年森林地上碳密度分布图。结果表明:祁连山国家公园2018年平均森林地上碳密度为40.72±6.72 t·hm~(-2),总蓄积量为28.58±4.72 Tg,海拔2770～3770 m区域的森林植被碳储量最大,且阴坡的碳储量明显高于阳坡。采用森林资源清查数据独立验证估算结果的准确性,模型估测均方根误差(Root mean square error,RMSE)为18.946t·hm~(-2)。本研究结果可以为监测区域乃至国家尺度的森林碳储量变化以及制定可持续的森林管理措施提供依据。此外,本文所采用的方法在山区森林碳储量估算方面也具有较大的潜力。     

基于数字相机图像的长白山森林物候模拟

植被物候作为全球植被和陆面过程模型的重要参数,对其状态的准确描述在很大程度上决定着模型的模拟精度。温带森林作为北半球中高纬度地区主要植被类型及全球重要碳源,研究其物候期的变化将提高对区域碳通量的估算精度。本文以长白山阔叶红松林为研究对象,探讨了数字相机图像在物种尺度物候模拟及群落尺度物候模型改进方面的作用,结果如下：（1）物种尺度上,利用数字相机能获取两种植被（红松,蒙古栎）较为准确的物候期（与人工观测数据比较,绝对误差〈3d）;（2）群落尺度上,基于数字相机图像获取的冠层状态数据提高了基于气象数据的物候模型（GSI：growingseasonindex）的模拟精度（R2=0．9）,尤其是秋季物候模拟,为进一步分析群落物候的环境控制因子提供了有力手段。研究表明：数字相机不仅能够提供精确地基于物种尺度的物候数据,还可为遥感物候数据的校正提供参考,同时为生态模型中物候模块的改进及降低区域尺度碳通量模拟不确定性提供了新的思路。     

中国森林生态系统植被碳储量 时空动态变化研究

森林是陆地生态系统的主体, 在全球碳循环中起着十分重要的作用。本文利用20 世纪70 年代以来的六次森林清查资料, 结合森林生物量实测数据, 采用分树种、分龄组的生物量—蓄积 拟合关系, 估算了中国20 世纪70 年代以来森林植被碳储量的动态变化。结果表明: 我国六次森 林资源清查中森林的植被总碳储量分别为3.8488PgC、3.6960PgC、3.759PgC、4.1138PgC、 4.6563PgC 和5.5064PgC, 虽然存在一定的波动现象, 但总体增长趋势明显, 尤其是80 年代以来, 植被碳储量净增加1.8104PgC, 平均每年以0.0823PgC 的速率增加, 这表明80 年代以来我国森林 植被一直起着明显的CO₂ 汇的作用。从碳密度的变化看, 70 年代以来我国森林植被平均碳密度 增长了3.001Mgha ^-1, 其中幼龄林与中龄林碳密度分别增长5.2871Mgha ^-1 和0.6022 Mgha ^{-1<,sup>, 而成 熟林碳密度却降低了0.7581Mgha -1, 可见中国森林植被的碳汇功能主要来自于人工林的贡献, 而 且随着幼龄林、中龄林碳储量和碳密度的增长, 中国森林植被的碳汇功能将进一步增强。我国森 林植被碳储量和碳密度空间差异显著, 森林植被碳库主要集中于东北和西南地区, 平均碳密度以 西南、东北以及西北地区为大, 中国森林植被碳储量和碳密度的这种空间分布规律与人类活动对 森林的干扰强度密切相关。}     

中国森林生态系统的植物碳贮量及其影响因子分析

利用中国第四次(1989~1993年)森林资源清查资料,指出中国森林植被的总碳贮量和碳密度分别为 3 778.1Tg(1Tg = 10¹² g)和41.321 Mg/hm²(1 Mg= 10⁶ g),其分布很不均衡,东北和西南各省的碳贮量和碳密度较大。中国森林碳贮量约占世界的1.1%,森林碳密度低于世界平均水平,但中国森林以中、幼龄林为主,占80%以上,表明中国森林植被具有巨大的固碳潜力,对全球碳循环具有重要作用。同时,采用多元线性回归模型、标准系数法定量分析了气候因子对森林植被碳贮量的影响程度,指出气温对森林植被碳贮量的贡献大于降水。     

1999-2008年间中国森林土壤碳汇功能初步估算

基于样地资料、文献资料和森林资源清查资料,以及不同森林类型蓄积、生物量、年凋落量和土壤呼吸之间的函数关系,估算1999-2008年间中国森林生态系统的NEP(净生态系统生产力)、△Cbiomass(现存森林植被碳储量增量)和NR(非呼吸代谢消耗光合产物),再根据森林生态系统碳平衡方程,初步估算中国森林土壤碳汇(△Csoil=NEP-△Cbiomass-NR)。研究结果表明:中国森林生态系统总的NEP、△Cbiomass、NR和△Csoil分别为157.530、48.704、31.033和77.793 Tg C yr^-1,单位面积NEP、△Cbiomass、NR和△Csoil分别为101.247、31.303、19.945和49.999 g C mm^-2 yr^-1。中国森林土壤碳汇存在较大的空间差异,江西、湖南、浙江、福建、安徽、山西、陕西、广西和辽宁9省(区)森林土壤为碳源,释放的碳约为25.507 Tg C yr^-1。其他22个省(区)森林土壤为碳汇,吸收的碳约为103.300 Tg C yr^-1。本研究建立了基于森林资源清查资料的中国森林土壤碳汇评价方法,是对现有的基于统计资料进行森林生态系统碳循环研究的有益补充,将推动具有可比性的、按照一致性的研究方法开展的区域尺度森林土壤固碳功能研究。     

1980s-2010s中国陆地生态系统土壤碳储量的变化

土壤作为陆地生态系统有机碳库的主体,在全球碳循环中起着重要作用。然而,当前区域土壤有机碳储量的变化情况及其碳源/汇功能仍然不清楚。利用中国1980s （1979-1985年）第二次土壤普查数据,同时收集整理2010s（2004-2014年）已发表的有关中国土壤有机碳储量（0~20 cm和0~100 cm）的文献数据,综合评估了1980s-2010s中国土壤有机碳储量的变化情况,并分析森林、草地、农田和湿地等生态系统土壤碳源/汇功能;同时结合现有的中国植被碳储量变化研究,进一步探讨了1980s-2010s中国陆地生态系统的碳源/汇效应。研究发现：① 1980s-2010s中国土壤（0~100 cm）有机碳储量净增长3.04±1.65 Pg C,增长速率为0.101±0.055 Pg C yr^-1,其中表层土壤（0~20 cm）的碳汇效应明显;② 森林土壤是固碳主体,净增长2.52±0.77 Pg C,而草地和农田土壤增长有限,分别为0.40±0.78和0.07±0.31 Pg C;③ 湿地有机碳储量净减少0.76±0.29 Pg C;④ 中国陆地生态系统的碳汇效应较强,总碳汇量相当于同期（1980-2009年）化石燃料和水泥生产排放CO₂总量的14.85%~27.79%。随着中国森林和草地生态系统植被和土壤的进一步保护、恢复和重建,中国陆地生态系统具有较大的碳汇潜力,在未来全球碳平衡中将发挥更大的作用。     

北京森林碳储量海拔梯度上的变化趋势(英文)

像北京这样的中国城市化地区的快速人口和GDP增长已经导致了来自化石燃料的大量CO2排放。森林被认为是最重要的碳汇,可以中和碳排放。本研究基于2009年森林清查数据和森林植被碳含量,采用生物量扩展因子(BEFs)方法评价了北京森林植被碳储量,利用森林凋落物与森林生物量的比例以及凋落物碳含量计算了凋落物碳储量,利用土壤厚度、容重和SOM含量计算了土壤碳储量。我们总结得出,阔叶林是北京森林主要碳库,森林碳储量主要分布在海拔60m的平原地区和60-600m的低山地区。北京森林碳密度几乎随着海拔增加而增加,但是在海拔200-400m地区略有下降,其中植被碳密度在60m的平原地区相对较高,这主要是由于碳密度较高的杨树和落叶松人工林的比例较高以及灌溉、施肥等促进植物碳累积的人工管理措施较多;森林土壤碳密度几乎随着海拔增加而增加,这主要是由于土壤碳输出随着海拔增加而逐渐下降,因为林下种植、灌溉和施肥加速了低海拔地区的土壤异氧呼吸但随着海拔增加而下降,同时海拔200-800m的低山地区常见的土壤侵蚀也会随着林下种植等干扰措施的减少而下降。本研究可以为区域森林生态系统管理者提供保护森林生态系统和改善森林碳储量提供科学知识。     

近20年海南岛森林生态系统碳储量变化

热带森林在碳循环研究中有重要作用。根据目前森林碳储量的计算方法和海南森林资源二类调查数据 ,估算了不同时段的碳储量 ,并分析其动态变化特点。结果表明 :海南森林碳储量从 1979年的 30 4 5TgC增加到 1998年的 37 74TgC ,年均增加 0 36 4 5TgC ,增长率为1 19% ,是全国平均增长率的 2 5倍 ;海南森林在碳循环中起不断增强的碳汇作用 ;森林碳密度呈加速减少趋势 ,储碳潜力将很大 ;随着海南全面禁止采伐和封育等林业措施的实施 ,森林面积扩大 ,林龄结构改善 ,储碳能力将进一步提高 ,海南森林在全国或全球碳循环中的作用和社会价值与意义将日渐突出。通过对碳储量计算不确定性的分析和讨论 ,提出应加强对森林群落各层次生物量的实测与实地监测研究 ,统一计算方法 ,以提高碳储量计算的精度     

红壤侵蚀区马尾松林碳储量估算的遥感植被指数选择——以长汀河田地区为例

以福建省长汀县河田地区为研究区,在野外样方生物量调查和典型植被光谱测定基础上,对比分析SPOT5影像8种植被指数与马尾松林(Pinus massoniana)碳储量关系,估算区域尺度马尾松林碳储量。结果表明,马尾松林冠层与林下植被芒萁(Dicranopteris dichotoma)在短波红外波段(SWIR)反射率区分明显。加入SWIR的修正的归一化植被指数(MNDVI)与森林碳储量回归决定系数最高,并有较小的均方根误差,同时可减少林下植被覆盖对马尾松林碳储量估算影响。生态恢复驱动下研究区平均碳储量增加到30.37 t/hm2。     

Combining LPJ-GUESS and HASM to simulate the spatial distribution of forest vegetation carbon stock in China简

It is very important in accurately estimating the forests＇ carbon stock and spatial distribution in the regional scale because they possess a great rate in the carbon stock of the terrestrial ecosystem. Yet the current estimation of forest carbon stock in the regional scale mainly depends on the forest inventory data, and the whole process consumes too much labor, money and time. And meanwhile it has many negative influences on the forest carbon storage updating. In order to figure out these problems, this paper, based on High Accuracy Surface Modeling （HASM）, proposes a forest vegetation carbon storage simulation method. This new method employs the output of LPJ-GUESS model as initial values of HASM and uses the inventory data as sample points of HASM to simulate the distribution of forest carbon storage in China. This study also adopts the seventh forest resources statistics of China as the data source to generate sample points, and it also works as the simulation accuracy test. The HASM simulation shows that the total forest carbon storage of China is 9.2405 Pg, while the calculated value based on forest resources statistics are 7.8115 Pg. The forest resources statistics is taken based on a forest canopy closure, and the result of HASM is much more suitable to the real forest carbon storage. The simulation result also indicates that the southwestern mountain region and the northeastern forests are the important forest carbon reservoirs in China, and they account for 39.82% and 20.46% of the country＇s total forest vegetation carbon stock respectively. Compared with the former value （1975-1995）, it mani- fests that the carbon storage of the two regions do increase clearly. The results of this re- search show that the large-scale reforestation in the last decades in China attains a signifi- cant carbon sink.     

省尺度森林植被碳储量空间分布模拟不确定性分析——以江西省为例（英文）

Forest vegetation carbon patterns are significant for evaluating carbon emission and accumulation. Many methods were used to simulate patterns of forest vegetation carbon stock in previous studies, however, uncertainty apparently existed between results of different methods, even estimates of same method in different studies. Three previous methods, including Atmosphere-vegetation interaction model 2(AVIM2), Kriging, Satellite-data Based Approach(SBA), and a new method, High Accuracy Surface Modeling(HASM), were used to simulate forest vegetation carbon stock patterns in Jiangxi Province in China. Cross-validation was used to evaluate methods. The uncertainty and applicability of the four methods on provincial scale were analyzed and discussed. The results showed that HASM had the highest accuracy, which improved by 50.66%, 33.37% and 28.58%, compared with AVIM2, Kriging and SBA, respectively. Uncertainty of simulation of forest biomass carbon stock was mainly derived from modeling error, sampling error and statistical error of forest area. Total forest carbon stock, carbon density and forest area of Jiangxi were 288.62 Tg, 3.06 kg/m~2 and 94.32×109 m~2 simulated by HASM, respectively.     

2005-2013年中国新增造林植被生物量碳库固碳潜力分析

本文利用2005-2013年林业统计年鉴中每个省市新造林面积和遥感分类提取得到的2010年土地覆被类型,结合公开发表的各类森林生长方程和各个时期的森林存活率,估算了中国新造林在2005-2100年生物量碳库变化及其固碳潜力。结果表明：2005-2013年中国新造林面积达到4394×10⁴ hm²,在自然生长状况下,到2020年新造林蓄积量增加16.8亿m³,生物量增加1.6 Pg,生物量碳库0.76 Pg C;新造林生物量碳库在2005-2100年中将增加2.11 Pg C,相当于目前现有森林生物量碳库的25%,约是过去20年森林总碳汇的1.5倍;新造林生物量碳密度逐年增加,最高达到48.1 Mg/hm²。整合林业统计年鉴以及遥感解译的森林类型对新造林生物量固碳潜力分析,研究表明新造林具有较大的碳汇潜力,对中国现有森林碳汇平衡有重要贡献。     

南北盘江森林生态系统水源涵养功能评价

森林生态系统水源涵养功能是植被层、枯枝落叶层和土壤层对降雨进行再分配的复杂过程。运用综合蓄水能力法,基于森林资源二类调查数据,估算了贵州省南北盘江流域不同类型森林生态系统的林冠层截留降水量、枯落物持水量和土壤蓄水量,分析了流域尺度森林生态系统的水源涵养能力及其时空变化。结果表明：① 南北盘江流域森林涵养水源总量约6.13×10⁸m³,单位面积水源涵养量629.85 t/hm²,森林水源涵养能力空间分布呈现东高西低的趋势;② 不同类型森林来说,阔叶林和灌木林对区域水源涵养总量的贡献率最大,而混交林的单位面积水源涵养量最高;③ 不同林龄比较,幼龄林对区域水源涵养贡献率最高,达45.95%,但其单位面积水源涵养能力最差,过熟林的单位面积水源涵养能力最高;④ 就坡位而言,平地和中坡森林对区域水源涵养总量的贡献率最大,山谷森林单位面积水源涵养能力最高,山脊森林单位面积涵养水源能力最低;⑤ 近35 a来,随着生态工程的实施,森林生态系统水源涵养总能力以1 447.89×10⁴m³/a速度持续提升,单位面积水源涵养量以每年5.33 t/hm²的速度稳步提高。     

全球森林固碳潜力巨大(英文)

森林是重要的陆地生态系统碳汇。1990–2007年间全球森林平均每年从大气中吸收固定2.4±0.4PgC,但对全球森林未来固碳量的评价多是基于气候因素的过程模型的模拟结果,很少有基于森林调查样地数据评价全球森林固碳潜力的研究。我们收集整理野外调查和已发表的成熟林生物量数据728条,建立全球成熟林生物量数据库。根据成熟林地上生物量碳储量空间插值,得到全球森林地上生物量碳容量,进而评估全球森林地上生物量的固碳潜力。结果显示:(1)全球成熟林地上生物量自赤道向两极整体呈递减趋势,但最大值出现在中纬度区;(2)气温和降水是影响成熟林地上生物量的重要因素;(3)全球森林地上生物量碳容量约为586.2±49.3PgC,其地上生物量固碳潜力为313.4PgC。因此,充分发挥现有森林的碳吸存能力,减少对现有森林碳库的干扰,是土地利用变化之外减缓温室气体排放的又一可选途径。     

中国陆地生态系统的碳储量及其空间格局(英文)

地球系统的碳库变化和碳循环过程机制是气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策的科学基础,受到科技界和国际社会的广泛关注。从20世纪80年代中后期开始,中国学者就开展了陆地生态系统碳循环研究工作,并且在许多研究领域都取得了可喜的进展。本文在回顾中国的陆地生态系统碳循环研究发展历程基础上,重点评述陆地生态系统的碳储量及其空间格局方面的研究成果,评价有关研究的不确定性以及亟待解决的重要科学问题。分析表明,中国的陆地生态系统碳循环研究经过了陆地生态系统碳循环的前期研究、区域尺度生态系统碳循环综合研究、生态系统碳循环过程对环境变化适应性实验研究,以及生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理研究4个主要发展阶段。大多的研究表明,中国陆地生态系统碳储量及其空间格局是温度和降水控制的。全国土壤、森林和草地植被储存约为97.95 —118.93 Pg C;自20世纪70年代中期以来,我国的植树造林和林业管理、草地保护、农作制度改革和保护性耕作等措施发挥了重要的固碳功能,但是各种方法评估的结果仍然存在较大不确定性。今后的研究重点工作是建立天地空一体化碳储量和碳汇动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国区域生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。