基于遙感大樣地調(diào)查的LULUCF碳匯計量監(jiān)測方法

詹勁昱

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧沈陽 110122）

基于遙感大樣地調(diào)查的LULUCF碳匯計量監(jiān)測方法

詹勁昱

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，遼寧沈陽 110122）

該文主要利用已有的各類林業(yè)監(jiān)測體系和監(jiān)測成果，運用遙感和地理信息技術(shù)，結(jié)合地面調(diào)查，在省或區(qū)域范圍內(nèi)進行一定周期的LULUCF碳匯計量監(jiān)測工作，掌握區(qū)域內(nèi)土地利用、土地利用變化與林業(yè)活動引起的碳匯量變化情況，為林業(yè)碳匯參與國際碳交易、國際談判涉林議題提供有力支撐。

LULUCF；碳匯計量監(jiān)測；遙感大樣地

土地利用、土地利用變化和林業(yè)（LULUCF）活動是減排的有效手段。LULUCF碳監(jiān)測體系的建設(shè)能快速、準確地獲得區(qū)域中土地利用類型面積數(shù)據(jù)，得到土地利用活動變化引起的碳儲量變化監(jiān)測，實現(xiàn)對土地類型變化而導(dǎo)致的碳變化量監(jiān)測。利用已有的森林資源調(diào)查成果數(shù)據(jù)和相關(guān)的各種林業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并輔助增設(shè)地面樣地調(diào)查，按照LULUCF活動的要求，可實現(xiàn)的任務(wù)有：①實現(xiàn)對區(qū)域范圍內(nèi)土地利用類型分布及其變化信息的監(jiān)測，獲取各類土地利用活動變化邊界信息（類型、面積），使得土地利用類型變化的邊界清晰；②獲取基于LULUCF活動變化引起的土地利用類型變化的屬性信息以及一定周期的LULUCF活動變化引起的土地利用類型變化信息，實現(xiàn)由此導(dǎo)致的碳儲量和變化量的計量監(jiān)測，進行不確定性分析，得到監(jiān)測成果。

1 技術(shù)路線

1.1 技術(shù)路線框架

LULUCF碳匯計量監(jiān)測技術(shù)框架包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源、抽樣設(shè)計、土地利用類型及其變化、碳匯（源）計量和數(shù)據(jù)整合處理分析?；A(chǔ)數(shù)據(jù)源為LULUCF碳匯計量監(jiān)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；抽樣設(shè)計使LULUCF碳匯計量監(jiān)測的成果能夠和國際接軌，并具有統(tǒng)一的技術(shù)體系；土地利用類型及其變化調(diào)查和碳匯計量為LULUCF碳匯計量監(jiān)測的核心內(nèi)容；數(shù)據(jù)整合處理分析為各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、計算方法和不同模型選擇以及最后的碳計算提供處理平臺和工具，確保計量結(jié)果的精度和質(zhì)量。

1.2 技術(shù)路線流程

充分利用既有的森林資源調(diào)查、濕地調(diào)查等數(shù)據(jù)源進行碳匯計量監(jiān)測，并輔助地面遙感大樣地調(diào)查，獲得一定范圍內(nèi)土地利用類型及變化信息，結(jié)合森林植被生物量測算和地類變化監(jiān)測，實現(xiàn)在一定監(jiān)測周期內(nèi)對LULUCF所引起的碳變化計量監(jiān)測。

內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)源選擇、地類變化調(diào)查、地面樣地調(diào)查、碳儲量及變化計算等。數(shù)據(jù)源選擇主要為碳儲量及變化、地類變化調(diào)查及地面樣地調(diào)查提供基礎(chǔ)信息。地面樣地調(diào)查主要是獲得森林植被特征信息、地類邊界特征信息、森林植被生物量基本信息等。輔助地面調(diào)查和遙感土地覆被類型分類，測算出各土地類型碳儲量，結(jié)合各種因子和信息數(shù)據(jù)，分析測算結(jié)果。具體內(nèi)容見圖1。

圖1 土地利用、土地利用變化及林業(yè)（LULUCF）碳匯計量監(jiān)測流程圖

2 數(shù)據(jù)源選擇

為獲取遙感大樣地中的土地利用類型以及各地類的面積，需要充分利用現(xiàn)有林業(yè)資源調(diào)查數(shù)據(jù)，輔以遙感影像、地面調(diào)查等提高資源調(diào)查數(shù)據(jù)的時效性，并節(jié)約時間，提高成本有效性。另一方面還需要獲取有關(guān)森林、濕地等地類生物量碳測算數(shù)據(jù)。在對數(shù)據(jù)源進行選擇時應(yīng)堅持的原則：

①數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度就高不就低的原則。在選取已有的林業(yè)資源調(diào)查數(shù)據(jù)，要對數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度進行校驗，選擇質(zhì)量好和精度高的數(shù)據(jù)，如有不同比例尺的數(shù)據(jù)優(yōu)先考慮大比例尺的數(shù)據(jù)。

②綜合考慮多種數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)來源就多不就少的原則。數(shù)據(jù)資源比較多的省份，如有最新一次的二類調(diào)查數(shù)據(jù)和森林資源清查數(shù)據(jù)以及其他的專項調(diào)查數(shù)據(jù)等，同時還能夠獲取最新的高分辨率遙感影像，要考慮多種數(shù)據(jù)源的綜合分析利用。

③數(shù)據(jù)時間同期同時相的原則。在基于已有的林業(yè)資源監(jiān)測數(shù)據(jù)選擇遙感影像時，盡量選擇同一時期、同一時相的遙感數(shù)據(jù)。

3 抽樣設(shè)計

3.1 抽樣方法

以公里格網(wǎng)為抽樣單元，大小24 km×24 km，以省或區(qū)域為獨立總體，分別以公里格網(wǎng)中心點為抽樣點，通過抽樣點的屬性特征值對各總體進行統(tǒng)計估算。

3.2 樣地布設(shè)

樣地調(diào)查的目的：①通過所有布設(shè)樣地的調(diào)查，獲得總體土地類型變化的面積；②通過樣地內(nèi)樣方的調(diào)查，推算出公里格網(wǎng)內(nèi)生物量計算的平均參數(shù)。

樣地布設(shè)的要求：

①樣地布點。以每個公里格網(wǎng)中心點4 km×4 km樣地的中心點進行布點。

②樣地大小與形狀。樣地選擇方形樣地，大小為4 km×4 km，樣地每邊的方位角為0°、90°、180°、270°四個正方向。

4 土地利用變化信息獲取

土地利用變化信息獲取主要包括公里格網(wǎng)選擇、數(shù)據(jù)源優(yōu)化選擇、地類劃分與調(diào)查、地面樣地調(diào)查、數(shù)據(jù)計算與分析等。公里格網(wǎng)選擇是確定調(diào)查總體及數(shù)據(jù)計算單元；數(shù)據(jù)源優(yōu)化選擇是為地類劃分與調(diào)查、地面樣地調(diào)查提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；地類劃分與調(diào)查是確定土地覆被類型以及面積的計算；地面樣地調(diào)查是獲得森林植被特征信息、森林植被生物量基本信息等；結(jié)合地面調(diào)查和遙感土地覆被類型分類，測算各土地類型碳儲量，結(jié)合各種因子和信息數(shù)據(jù)分析測算結(jié)果。

5 碳匯計量和數(shù)據(jù)統(tǒng)計

5.1 土地利用類型面積統(tǒng)計

①土地利用類型面積所占比均值估計：

式中：PAi

為第i土地利用類型所占面積平均比例；aij為第i土地利用類型第j樣地中的面積（hm2）；A為大樣地面積(不跨邊界時為4 km×4 km，跨邊界時以其實際面積計算)；N為樣地總數(shù)。

PAi估計的標準差：

絕對誤差限：

式中：tα為可靠性指標，當α=0.05 時，tα值為1.96；當α=0.1時，tα=1.645。

相對誤差限：

估計精度：

②土地利用類型i總面積：

式中：Ai為第i土地利用類型總面積，hm2；S為總體面積，hm2。

5.2 土地利用類型碳儲量統(tǒng)計

土地利用類型碳儲量統(tǒng)計主要是針對林地并覆蓋有森林植被部分所采取的統(tǒng)計計算方法。此部分的統(tǒng)計計算是依據(jù)面積統(tǒng)計后，分別計算森林類型的單位面積特征值（生物量碳密度）、枯死部分碳密度、土壤碳特征值等內(nèi)容，計算相應(yīng)碳庫中的碳儲量。由于各種森林類型特征值，如平均年齡、平均胸徑、平均蓄積量等都來自全國森林資源一類清查或二類調(diào)查的統(tǒng)計成果，所以此處的平均特征值統(tǒng)計估計精度也與原調(diào)查統(tǒng)計估計精度相同。

①土地利用類型生物量碳儲量?？煞謩e由單位面積平均蓄積量或單位面積平均生物量來計算相應(yīng)土地利用類型的喬木層地上與地下碳儲量。

平均蓄積量計算方法：

平均生物量計算方法：

式中：C為生物量總碳儲量（tC）；A為總體面積（hm2）；Ai，j為第i土地利用類型第j優(yōu)勢樹種（組）或森林類型的面積（hm2）；為第i土地利用類型第j優(yōu)勢樹種（組）或森林類型平均生物量碳密度；公式中其他指標與前面公式中一致。

非喬木層生物量包括下層的灌木和草本生物量。其計算公式可采用兩種方法計算：

②枯死部分生物量碳儲量。其計算方法與非喬木層生物量計算類似。計算公式：

③土壤碳儲量。土壤碳儲量是通過調(diào)查獲得的土壤類型面積和相應(yīng)土壤類型平均碳密度（可選用1 m、0.30 m厚）參數(shù)，計算相應(yīng)類型土壤碳庫，然后相加得到土壤總碳儲量。

式中：Ai,j表示第i類型土壤第j個樣地面積。此公式也可簡化為土壤類型面積與相應(yīng)土壤平均碳密度相乘求和得到土壤總碳儲量。

各統(tǒng)計量的估計標準差和估計精度可根據(jù)抽樣的樣本單元數(shù)分別計算其相應(yīng)的估計值。

④估計精度計算。

各碳庫統(tǒng)計量的估計標準差和估計精度可根據(jù)抽樣的樣本單元數(shù)分別計算其相應(yīng)的估計值。其數(shù)據(jù)源來自一類資源清查、二類規(guī)劃設(shè)計調(diào)查，抽樣精度與誤差來自原數(shù)據(jù)樣本量和測算值。為了保證原有數(shù)據(jù)統(tǒng)計精度不降低，要求各類型碳庫抽樣估計精度不低于90%。各項指標具體計算公式：

以上估計值的誤差與精度計算，可分別類型按碳庫統(tǒng)計進行計算，或者根據(jù)實際數(shù)據(jù)源及其所包括的內(nèi)容進行相應(yīng)統(tǒng)計分析與計算，確保每項碳庫指標都有估計誤差與精度。

5.3 土地利用類型碳變化量統(tǒng)計

根據(jù)土地利用變化與林業(yè)相關(guān)活動導(dǎo)致的碳庫變化，可分為利用類型發(fā)生變化和沒有發(fā)生變化兩方面進行計算，通常選用庫-差別法進行變化后導(dǎo)致的碳庫變化量計算。針對與林地相關(guān)的并發(fā)生變化后的碳庫變化計算：

①土地利用類型未發(fā)生變化

土地利用類型沒有發(fā)生變化可采用下式計算各碳庫，其在t時間的碳庫儲量可選用上面相應(yīng)碳庫的計算獲得，然后將兩個時間段相減并除以相應(yīng)時間長，就可得到年度碳庫變化量，進一步計算出其年碳匯量大小。

②土地利用類型發(fā)生變化

參考土地利用類型碳儲量的相應(yīng)部分計算公式來完成此部分的計算。

6 結(jié)論

充分利用現(xiàn)有森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，通過對不同土地利用活動類型的判別，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，選擇合理的參數(shù)和模型，確定適宜的計算方法，分別測算各地類碳庫現(xiàn)存量及活動變化量。根據(jù)土地類型與活動建立土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，通過此矩陣分別所對應(yīng)的活動與類型建立相應(yīng)數(shù)據(jù)、模型和方法，并計算出各部分碳庫變化量，得到在LULUCF情景下各地類各種活動所導(dǎo)致的碳匯變化量。該方法的主要應(yīng)用有：

①編制全國或?。ㄊ袇^(qū)）LULUCF溫室氣體清單。主要包括清單組成部分、數(shù)據(jù)獲取與計算方法、數(shù)據(jù)成果、相關(guān)分析等方面。

②各項林業(yè)活動碳匯量監(jiān)測專項成果（林業(yè)工程、林業(yè)專項活動等）。主要內(nèi)容是針對林業(yè)專項活動目標，測算出其碳儲量、年度碳匯量，涉及碳庫范圍和變化范圍，分析相關(guān)要素及主要數(shù)據(jù)成果內(nèi)容，重點是反映林業(yè)專項目標成果內(nèi)容。

③區(qū)域森林未來碳儲量、碳匯量及潛力預(yù)測成果。主要是通過一定的方法，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)和變化規(guī)律與趨勢特征，對區(qū)域森林未來碳儲量及碳匯量進行科學(xué)預(yù)測。

④其他有關(guān)林業(yè)專項內(nèi)容計量監(jiān)測成果。服務(wù)專項監(jiān)測，基于監(jiān)測目的確定監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取方法與測算技術(shù)。

⑤為林業(yè)減緩和適應(yīng)氣候變化的措施與評價提供數(shù)據(jù)支撐成果?；趯ο嚓P(guān)林業(yè)應(yīng)對氣候變化工作的測算與評價，結(jié)合相關(guān)研究成果，對林業(yè)減緩與適應(yīng)氣候變化的相關(guān)內(nèi)容進行評價或為評價提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

⑥地方碳匯交易項目計量監(jiān)測專項成果。建立項目尺度的相關(guān)方法指南、模型參數(shù)及計算工具，為林業(yè)碳匯項目交易提供碳匯量測算方面的計量與監(jiān)測成果。

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［5］政府間氣候變化專門委員會.IPCC關(guān)于土地利用、土地利用變化與林業(yè)優(yōu)良做法指南，2003.

S718.557

A

1001-1714（2017）06-0020-04

2017-05-11

詹勁昱（1979-），男，高級工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作。E-mail：zh12379@163.com。

張素清）