森林碳匯監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望*

摘要：在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)背景下，森林碳匯監(jiān)測技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。文中總結(jié)了國內(nèi)外森林碳匯監(jiān)測體系建設(shè)、監(jiān)測方法及技術(shù)應(yīng)用方面的現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上從技術(shù)創(chuàng)新層面及政策支持層面提出進(jìn)一步推動森林碳匯監(jiān)測技術(shù)快速發(fā)展的相關(guān)建議：1）構(gòu)建森林碳匯云計算平臺，形成生成式預(yù)訓(xùn)練大模型，開發(fā)多模態(tài)數(shù)據(jù)智能挖掘算法，搭建森林碳匯智能監(jiān)測數(shù)字孿生平臺；2）加強(qiáng)政策支持與法規(guī)建設(shè)，推動跨部門協(xié)同與國際合作，強(qiáng)化監(jiān)測成果的應(yīng)用與轉(zhuǎn)化的政策支持方向。

關(guān)鍵詞：森林碳匯；監(jiān)測技術(shù)；監(jiān)測體系；監(jiān)測方法

中圖分類號：S757"""文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""文章編號：2096-9546（2024）03-0011-11

Forest Sink Monitoring Technology： Current Status and Prospects

Wang Linlong^{1，2，3}"Zhang Huihua⁴"Liu Yang^1，3"Sha Haochen⁴"Le Linxuan⁴

Yu Hongyan⁵"Zhao Baowei⁵"Feng Junji⁴

（1.Institute of Forest Resource Information Techniques， Chinese Academy of Forestry，

Beijing 100091， China;

2.Research Institute of Forestry Policy and Information， Chinese Academy of Forestry，

Beijing 100091， China;

3.Key Laboratory of Forestry Remote Sensing and Information Technology， National Forestry and

Grassland Administration， Beijing 100091， China;

4.The Information Center of National Forestry and Grassland Administration， Beijing 100714， China;

5.Qinghai Service and Support Center， Qilian Mountain National Park， Xining 810099， Qinghai， China）

Abstract： In the context of China taking efforts to achieve “dual carbon” goals， the forest sink monitoring technology has emerged as a research hotspot. This paper summarizes the current status of forest sink monitoring framework setup， monitoring methodology， and technological applications at home and abroad. Based on this， relevant suggestions are proposed on how to facilitate the fast development of forest sink monitoring technologies through technology innovation and policy support， including： 1） establishing a forest sink cloud computing platform to form the generative pre-trained large models and develop the multi-modal data intelligent mining algorithms so as to construct a digital twin platform for the intelligent monitoring of forest sink; 2） strengthening policy supports and the regulatory framework to promote cross-sector collaboration and international cooperation， and enhancing the application and transformation of monitoring results.

Keywords： forest sink; monitoring technology; monitoring framework; monitoring methodology

在國家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略背景下，森林作為減緩氣候變化、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要自然資源，其碳匯監(jiān)測技術(shù)發(fā)展及其相關(guān)政策制定與完善日益受到關(guān)注，國家和地方層面相繼出臺了一系列相關(guān)政策文件。在國家層面，《中共中央 國務(wù)院關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》《生態(tài)文明體制改革總體方案》等指導(dǎo)性文件均強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)森林資源保護(hù)、提升森林質(zhì)量和效益的重要性，為森林碳匯監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了政策導(dǎo)向。在此基礎(chǔ)上，國家還制定了一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如森林資源調(diào)查監(jiān)測體系、森林碳匯計量方法等。這些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范為森林碳匯的精準(zhǔn)評估提供了科學(xué)依據(jù)，確保了碳匯監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，國家積極推動森林碳匯相關(guān)科研項(xiàng)目的立項(xiàng)與實(shí)施，為森林碳匯監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了資金和技術(shù)支持；通過設(shè)立專項(xiàng)基金、組織科研團(tuán)隊(duì)、推動國際合作等方式，不斷提升森林碳匯監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新能力。在地方層面，各地也結(jié)合實(shí)際制定了一系列促進(jìn)森林碳匯監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的政策措施，如部分?。▍^(qū)、市）制定的“十四五”林業(yè)草原發(fā)展規(guī)劃中明確提出要科學(xué)評估林草碳匯能力，圍繞實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)編制提升林草碳匯能力行動方案。在此基礎(chǔ)上，北京市、上海市、廣東省等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，以及云南省、福建省等森林資源豐富地區(qū)，制定了具體的森林碳匯發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施方案，明確了森林碳匯發(fā)展的目標(biāo)和任務(wù)，并提出了具體的政策措施和保障措施，為森林碳匯監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展提供了有力支撐。此外，一些省份出臺了森林碳匯交易政策，鼓勵企業(yè)和個人通過植樹造林、森林（竹林）管理等措施增加碳匯，并參與到碳市場交易中，從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。同時，一些地方政府還加大了對森林碳匯監(jiān)測技術(shù)研發(fā)的投入，支持相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)開展技術(shù)創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化，推動森林碳匯監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展。盡管國家和地方層面已經(jīng)出臺了一系列政策并采取了相關(guān)措施，但森林碳匯監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如監(jiān)測體系尚不完善、監(jiān)測方法和技術(shù)手段相對落后、數(shù)據(jù)質(zhì)量和精度有待提高等。因此，本文將從森林碳匯監(jiān)測體系、方法和技術(shù)等方面梳理國內(nèi)外森林碳匯監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前政策和管理實(shí)際，從技術(shù)創(chuàng)新層面及政策支持層面提出相關(guān)建議，旨在為我國森林碳匯的監(jiān)測與管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1"森林碳匯監(jiān)測體系

森林碳匯監(jiān)測體系是以樣地調(diào)查、遙感估測、臺站觀測等方法調(diào)查和監(jiān)測森林碳貯存量及其動態(tài)變化的技術(shù)體系，通過周期性監(jiān)測獲得多尺度、多類型、多樹種、多形式的碳匯資源長期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可精準(zhǔn)評估森林經(jīng)營措施（如砍伐、造林等）對森林碳貯存量的影響，并深入探究森林在碳循環(huán)中的作用，為科學(xué)制定減緩氣候變化和森林管理相關(guān)的政策等提供數(shù)據(jù)支撐。本文將從森林碳匯監(jiān)測體系、森林碳匯監(jiān)測方法和森林碳匯監(jiān)測技術(shù)3個方面綜述國內(nèi)外森林碳匯監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀（圖1）。

1.1"國家森林資源調(diào)查監(jiān)測體系

國家森林資源調(diào)查監(jiān)測體系是指由國家或政府制定和管理的監(jiān)測系統(tǒng)和運(yùn)行機(jī)制，用于全面、持續(xù)地監(jiān)測和評估國家森林資源的狀況、變化和利用情況，為政府或決策者制定森林相關(guān)政策規(guī)劃和保護(hù)措施提供全面、可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1）在國際上，面向大尺度、長周期、年度化、連續(xù)性的森林碳匯監(jiān)測需求，美國、加拿大、歐洲、俄羅斯、日本等大多數(shù)國家或地區(qū)借助快速發(fā)展的遙感監(jiān)測技術(shù)，融合分層系統(tǒng)抽樣方法，形成了以地面調(diào)查為主、5～10年為調(diào)查周期、可用于輔助與驗(yàn)證其他監(jiān)測方法的國家森林資源監(jiān)測體系^［1-3］。2）在國內(nèi)，結(jié)合國家森林資源監(jiān)測、地方森林資源監(jiān)測和資源信息通信與管理系統(tǒng)，形成森林資源連續(xù)清查與現(xiàn)代數(shù)據(jù)更新技術(shù)相結(jié)合的方法，完成國家—省—市多尺度森林資源數(shù)據(jù)清單，利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型方法實(shí)現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)年度更新及年度資源監(jiān)測^［4-5］。

1.2"森林碳匯遙感監(jiān)測體系

森林碳匯遙感監(jiān)測體系利用遙感技術(shù)對森林碳匯進(jìn)行持續(xù)的觀測和測量，以監(jiān)測和評估森林碳貯存量的狀況及其動態(tài)變化。1）在國際上，針對傳統(tǒng)森林資源調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)更新滯后、空間覆蓋不均勻、調(diào)查覆蓋范圍有限等問題，利用航空或軌道遙感產(chǎn)生的地面和地球觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合森林面積、損失和收益等活動數(shù)據(jù)，以及空間尺度的排放或清除因子，形成了多時序、多尺度、年度化、融合多源傳感器的森林碳匯遙感監(jiān)測體系，可對土地利用、土地利用變化，以及由森林各種經(jīng)營措施、林木自然生長、森林自然災(zāi)害等林業(yè)活動引起的碳匯變化進(jìn)行監(jiān)測^［6-8］。2）在國內(nèi)，面向林業(yè)碳匯監(jiān)測的需求，通過融合中、高分辨率光學(xué)遙感、雷達(dá)遙感、激光雷達(dá)遙感等多源遙感監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建森林遙感碳匯監(jiān)測技術(shù)體系，形成了遙感區(qū)劃判斷與地面驗(yàn)證相結(jié)合的方法，可獲取年度土地利用、森林植被及其他碳庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有效實(shí)現(xiàn)森林碳匯年度化計量監(jiān)測^［9-11］。

1.3"基于臺站觀測的綜合監(jiān)測體系

基于臺站觀測的綜合監(jiān)測體系是指以地面臺站觀測為中心，融合多源遙感技術(shù)和地面調(diào)查方法形成的多尺度、多時序、多技術(shù)協(xié)同的綜合監(jiān)測體系，可全面獲取地面臺站及其周圍環(huán)境的林木數(shù)據(jù)和環(huán)境因子信息。1）在國際上，美國、加拿大、歐洲等國家或地區(qū)利用遙感觀測數(shù)據(jù)、臺站觀測碳通量數(shù)據(jù)和耦合的生態(tài)系統(tǒng)—?dú)夂蚰Ｐ?，形成了不同氣候區(qū)、緯度帶、森林生態(tài)系統(tǒng)類型的碳通量時空格局及動態(tài)變化的監(jiān)測體系，可實(shí)現(xiàn)多尺度、多類型森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量定量反演，解釋森林碳循環(huán)過程各類型碳庫的動態(tài)變化及預(yù)測未來趨勢變化^［12-14］。2）在國內(nèi)，截至2024年，通過加速臺站監(jiān)測體系科學(xué)布局，已建設(shè)30余個森林生態(tài)系統(tǒng)臺站點(diǎn)，涵蓋我國主要的森林生態(tài)系統(tǒng)類型，分布于我國主要生態(tài)功能區(qū)和氣候分布帶，形成了具有充分代表性的森林碳通量觀測網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合遙感觀測、地面調(diào)查等多源數(shù)據(jù)與過程機(jī)理模型，可實(shí)現(xiàn)對我國區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能及增匯潛力的系統(tǒng)認(rèn)知和精細(xì)評估^［15-17］。

2"森林碳匯監(jiān)測方法

2.1"天基遙感監(jiān)測

天基遙感監(jiān)測是一種利用在軌衛(wèi)星搭載多種遙測儀器獲取地球表面信息的技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于森林碳匯監(jiān)測。1）在衛(wèi)星傳感器方面，利用典型代表性衛(wèi)星——美國的Landsat、MODIS、GEDI衛(wèi)星，歐洲空間局ESA的Sentinel-2，以及我國首顆碳衛(wèi)星TANSAT、首顆陸地生態(tài)系統(tǒng)碳監(jiān)測衛(wèi)星句芒號等，構(gòu)建了以光學(xué)、雷達(dá)、微波為主的多類型傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，例如以全色相機(jī)、多/高光譜相機(jī)、紅外相機(jī)為主的光學(xué)傳感器，以真實(shí)孔徑雷達(dá)PAR、合成孔徑雷達(dá)SAR為主的雷達(dá)傳感器，以及以散射計、成像輻射計、輻射計等為主的微波傳感器。2）在數(shù)據(jù)集、指標(biāo)和方法方面，形成了覆蓋全球—區(qū)域—局部的多尺度、多波段、全天候、全方位、長時序、中高分辨率的空間遙感數(shù)據(jù)集，涵蓋植被生長狀況（凈初級生產(chǎn)力NPP，植被指數(shù)NDVI）、土地覆蓋，以及土地利用變化、森林生物量/碳儲量等碳匯監(jiān)測衍生指標(biāo)和產(chǎn)品，促進(jìn)了以生態(tài)系統(tǒng)碳模型、多源遙感反演模型為主的森林碳匯計量方法體系發(fā)展，適用于全球或區(qū)域尺度森林碳匯計量監(jiān)測^［18-20］。3）在應(yīng)用研究方面，有效解決了傳統(tǒng)地面監(jiān)測因頻率、成本的限制而無法開展連續(xù)性、覆蓋區(qū)域范圍廣的森林碳匯監(jiān)測的問題，通過對全球尺度上植被覆蓋類型分類、區(qū)域—局部尺度上森林生物量和碳儲量估算以及自然和人為因素（包括森林生長退化、砍伐）等引起森林變化的長期監(jiān)測，揭示森林碳循環(huán)過程以及自然或人為干擾對碳平衡的影響機(jī)制^［21-23］。

2.2"空基遙感監(jiān)測

空基遙感監(jiān)測是以有人機(jī)、無人機(jī)為主的一種利用空中平臺搭載的各種傳感器，獲取地面森林資源信息的高分辨率、廣覆蓋的空間觀測方法。目前，該技術(shù)在森林碳匯監(jiān)測領(lǐng)域備受關(guān)注。1）在飛行器和傳感器方面，利用固定翼、多旋翼、無人直升機(jī)、無人飛艇等無人駕駛飛行器和以固定翼為主的有人駕駛飛行器，構(gòu)建了以光學(xué)、雷達(dá)、微波為主的多類型傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，例如以可見光相機(jī)、多光譜相機(jī)、高光譜成像儀、熱紅外成像儀、激光雷達(dá)、微波雷達(dá)等多類型傳感器構(gòu)建的森林碳匯監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。2）在數(shù)據(jù)集、指標(biāo)與方法方面，形成了長時序、超高分辨率（＜1 m）的區(qū)域—局部尺度空間遙感數(shù)據(jù)集，結(jié)合單木分割、樣地統(tǒng)計建模方法體系，生成了高精度的地表高程、森林三維結(jié)構(gòu)及森林變化信息等碳匯監(jiān)測衍生指標(biāo)，促進(jìn)了以后向散射值法、干涉測量技術(shù)為主的合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）技術(shù)碳儲量監(jiān)測方法，以及以單木分割建模法、面積法為主的機(jī)載激光雷達(dá)碳儲量監(jiān)測方法的發(fā)展^［24-27］，適用于單木、區(qū)域、國家、全球等多尺度森林碳匯的遙感監(jiān)測^［28-30］。3）在應(yīng)用研究方面，解決了傳統(tǒng)地面監(jiān)測中存在成本高、時效性低、監(jiān)測周期長、時空覆蓋范圍不足而產(chǎn)生較高的數(shù)據(jù)不確定性的問題，克服了不同森林碳庫實(shí)地測量嚴(yán)重不足而導(dǎo)致無法全面捕捉碳庫間動態(tài)變化范圍及其空間變異性的局限，突破了天基遙感監(jiān)測中受自身重訪周期、視場角以及環(huán)境因素（地形、云霧等）限制而難以實(shí)現(xiàn)一定時空范圍內(nèi)全覆蓋和高頻次觀測的難題。

2.3"地基監(jiān)測

地基監(jiān)測是一種綜合性的地面觀測方法體系，囊括了以樣地清查、地基遙感、臺站觀測為主的監(jiān)測技術(shù)手段，已廣泛應(yīng)用于森林碳儲量及其動態(tài)變化監(jiān)測。1）在傳感器方面，主要利用地面設(shè)備對森林資源進(jìn)行無接觸式觀測和測量，構(gòu)建以高分辨率光學(xué)成像儀、熱紅外成像儀、激光雷達(dá)LiDAR傳感器為主的多類型傳感器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，形成了以地基、背包式、手持式激光掃描為主的地面激光雷達(dá)遙感監(jiān)測體系，以及手持式單目、雙目相機(jī)的攝影測量監(jiān)測體系。2）在數(shù)據(jù)集、指標(biāo)與方法方面，構(gòu)建了長周期、超高分辨率（＜1 m）的局部—器官尺度空間遙感數(shù)據(jù)集，如干、枝、葉等器官對象的單木點(diǎn)云數(shù)據(jù)；基于幾何特征、紋理特征、語義特征的點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建了自動分類方法，可實(shí)現(xiàn)單木尺度的不同器官識別、參數(shù)量測或估算^［31-32］，形成了單木形態(tài)參數(shù)及單木—林分—區(qū)域生物量/碳儲量等碳匯監(jiān)測衍生指標(biāo)^［33-35］，開發(fā)了樹木點(diǎn)云分割體素填充、定量結(jié)構(gòu)建模（QSM）等單木體積重建技術(shù)，形成了聚類思想建模、圖論方法建模、先驗(yàn)假設(shè)建模、拉普拉斯算子建模和輕量化表達(dá)建模等激光點(diǎn)云樹木建模方法，結(jié)合木材密度、含碳量等參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)單木尺度生物量、碳儲量的估算^［36-38］。3）在應(yīng)用研究方面，解決了天基監(jiān)測和空基監(jiān)測受地形、云霧、森林密度等因素限制的問題，可提供更靈活的森林碳匯監(jiān)測方案；提供分辨率更高的圖像數(shù)據(jù)，捕捉更精細(xì)的森林結(jié)構(gòu)特征；提供周期性、高頻次的觀測，定期獲取一定范圍森林資源的狀態(tài)和變化信息，可為天基監(jiān)測和空基監(jiān)測提供高精度的局部數(shù)據(jù)驗(yàn)證或補(bǔ)充。

3"森林碳匯監(jiān)測技術(shù)

3.1"數(shù)據(jù)采集傳輸

數(shù)據(jù)采集傳輸是森林碳匯監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)組成部分，通過利用各種技術(shù)手段和設(shè)備，從森林資源環(huán)境中獲取森林碳儲量及其動態(tài)變化的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)教幚矸治銎脚_的過程。1）數(shù)據(jù)采集過程。針對傳統(tǒng)以人工為主的森林調(diào)查技術(shù)無法滿足森林碳匯年度化監(jiān)測需求的問題，利用以傳感器技術(shù)、攝像頭和視頻捕捉技術(shù)、無線通信技術(shù)、API接口為主的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)方法，構(gòu)建了以航空遙感、無人機(jī)遙感、地面調(diào)查與統(tǒng)計、空天地感知網(wǎng)絡(luò)為主的數(shù)據(jù)采集體系，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、動態(tài)的、大規(guī)模的、低成本的數(shù)據(jù)采集，生成以遙感數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為主的空間數(shù)據(jù)集^{［11，39-41］}。2）數(shù)據(jù)傳輸過程。針對山地環(huán)境復(fù)雜及遮擋信號干擾傳輸而導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失、不連續(xù)等問題，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN將森林內(nèi)感知網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)以無線通信方式傳輸，形成了以LoRa+NB-IoT、ZigBee+LoRa為代表的具有低功耗、低成本、遠(yuǎn)距離等特點(diǎn)的廣域網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)多源類型碳匯感知監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化、實(shí)時化、高穩(wěn)定傳輸^［42-44］。

3.2"數(shù)據(jù)存儲處理

數(shù)據(jù)存儲處理是對數(shù)據(jù)采集傳輸過程獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、存儲、訪問和處理的全過程，是森林碳匯監(jiān)測技術(shù)的關(guān)鍵組成部分。1）在數(shù)據(jù)存儲方面，針對遙感傳感器、地面觀測臺站和其他數(shù)據(jù)源采集的海量的高異質(zhì)性和不規(guī)則性數(shù)據(jù)，美國、加拿大、歐洲等林業(yè)發(fā)達(dá)國家或地區(qū)建立了國家—州—地方—項(xiàng)目多層次的林業(yè)數(shù)據(jù)存儲體系。我國已建立了涵蓋國家—省（區(qū)）—市—縣多層次的林業(yè)數(shù)據(jù)存儲平臺，初步形成了以大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)、人工智能等為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)管理平臺，結(jié)合現(xiàn)有的大數(shù)據(jù)軟件和高性能硬件搭建了基于Hadoop、Apache Spark分布式平臺計算框架，形成了基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫和分布式文件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲方法。2）在數(shù)據(jù)融合方面，面向森林碳匯監(jiān)測過程采集傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的表格）、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如JSON、XML文檔）和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如文本、圖像、音頻、視頻等），通過數(shù)據(jù)清洗和預(yù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)匹配和對齊技術(shù)，消除噪聲、缺失、重復(fù)等數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，提升數(shù)據(jù)的兼容性和可用性，識別不同數(shù)據(jù)源中的相似屬性和數(shù)據(jù)項(xiàng)，挖掘異源數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，最終生成互相補(bǔ)充、互相驗(yàn)證的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，保障融合處理后多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性。3）在參數(shù)提取方面，針對復(fù)雜森林環(huán)境下單一數(shù)據(jù)源無法滿足參數(shù)提取的精度或質(zhì)量要求因而影響森林碳匯計量結(jié)果可靠性等問題，形成了多模態(tài)數(shù)據(jù)融合和關(guān)聯(lián)模型方法，利用深度學(xué)習(xí)框架算法和并行處理技術(shù)，充分利用不同數(shù)據(jù)類型之間的互補(bǔ)性、融合數(shù)據(jù)特征的可區(qū)分性，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜森林生態(tài)系統(tǒng)海量、高異質(zhì)、不規(guī)則林業(yè)數(shù)據(jù)參數(shù)的快速精準(zhǔn)提取^［45-47］。4）在計量模型方面，考慮到森林碳匯計量的需求，利用大數(shù)據(jù)管理平臺的森林碳匯數(shù)據(jù)庫，如長時間序列遙感數(shù)據(jù)、長周期的國家森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)及其他森林生態(tài)系統(tǒng)氣候環(huán)境參數(shù)，結(jié)合人工智能AI算法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，構(gòu)建了以生態(tài)系統(tǒng)碳模型、多源遙感反演模型為主的森林碳匯計量方法體系，可實(shí)現(xiàn)全球—區(qū)域—局部尺度森林碳儲量時空分布格局的監(jiān)測。

3.3"典型數(shù)據(jù)處理

由于世界各國的國情、林情均存在差異，用于森林碳匯監(jiān)測評估的碳模型各不相同。林業(yè)發(fā)達(dá)國家形成了以統(tǒng)計模型、過程模型和遙感參數(shù)模型為主的碳模型體系，而多數(shù)發(fā)展中國家仍以單一統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橹?，部分未開展森林資源清查的少數(shù)國家則直接采用IPCC排放因子等數(shù)據(jù)進(jìn)行碳匯估算。與國外林業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，我國碳模型研究起步晚但發(fā)展快，形成了以統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑橹?，遙感參數(shù)模型、過程模型為輔的碳模型體系^［48-50］。1）統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀；谏仲Y源清查數(shù)據(jù)，利用森林特征、氣候因子、立地條件等變量與植被碳儲量建立統(tǒng)計模型關(guān)系，用于中小區(qū)域尺度碳匯估算。截至2020年，針對不同地區(qū)、不同植被類型已形成了200多個樹種、5 900多個生物量統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)方程，能較好地滿足?。▍^(qū)）—市—縣多尺度森林碳匯計量的需求，是國家面向IPCC森林碳匯排放報告的主要碳計量模型或方法^［51-53］。2）過程模型。通過模擬植被的光合作用、呼吸作用、蒸騰蒸發(fā)及土壤水分散失過程的機(jī)理，建立了一個囊括大氣、土壤和植被的整體系統(tǒng)及各系統(tǒng)的相應(yīng)子模型，可實(shí)現(xiàn)區(qū)域尺度植被碳匯及其動態(tài)變化監(jiān)測，其中以CBM-CFS3模型和3-PG模型為代表，在我國三峽庫區(qū)、大興安嶺地區(qū)、遼寧省、河北省、江蘇省、青海省、吉林省、湖南會同縣和湖北興山縣等地均有應(yīng)用案例^［54-57］。3）遙感模型。通?；诙鄷r序遙感影像數(shù)據(jù)集，利用提取的植被生態(tài)參數(shù)，如光合有效輻射PAR、最大光能利用率LUEmax、歸一化植被指數(shù)NDVI、葉面積指數(shù)LAI等建立生態(tài)參數(shù)—碳儲量耦合關(guān)系模型，用于區(qū)域或全球尺度碳儲量的時空分布格局。針對大尺度、連續(xù)性森林碳動態(tài)變化觀測的需求，遙感模型已應(yīng)用于大多數(shù)區(qū)域，涉及?。▍^(qū)、市）、市、縣、保護(hù)區(qū)或林場、林分等多個尺度、多個樹種以及多類生態(tài)系統(tǒng)^［58-59］。

比較分析不同模型可以發(fā)現(xiàn)，不同碳模型的原理機(jī)制、適用范圍、數(shù)據(jù)來源、復(fù)雜程度均有所差異。統(tǒng)計模型具有參數(shù)簡單、模型直觀以及專注于數(shù)據(jù)間統(tǒng)計關(guān)系的特性，但在解釋性機(jī)制和理論支撐方面存在不足；相比之下，過程生態(tài)模型則具有多參數(shù)，且模型結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，能夠輸出高精度的結(jié)果，并能有效地解釋森林碳匯的產(chǎn)生機(jī)制或過程；遙感參數(shù)模型估算范圍廣、監(jiān)測周期較短，適合大尺度碳儲量估算，能滿足碳匯年度化、連續(xù)化監(jiān)測需求。總之，不同碳模型各有優(yōu)缺點(diǎn)。在森林碳匯監(jiān)測評估過程中，需衡量數(shù)據(jù)可用性、適用范圍、測量成本、減少不確定性等因素，選擇最適合實(shí)際情況的碳模型。

4"森林碳匯監(jiān)測展望

未來我國森林碳匯監(jiān)測將朝向大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生技術(shù)的融合創(chuàng)新應(yīng)用發(fā)展，通過融合圖像、視頻、音頻、文檔等多模態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)建生成式預(yù)訓(xùn)練大模型，形成統(tǒng)一的森林碳匯數(shù)字孿生智能監(jiān)測云平臺，完成大尺度、長時序、多類型森林碳匯的自動化、實(shí)時化、智能化、通用化、交互式監(jiān)測，通過碳匯大數(shù)據(jù)的實(shí)時動態(tài)處理和分析，實(shí)現(xiàn)從單一級處理到集群、從單一區(qū)域到全球、從單要素到全要素的轉(zhuǎn)變，為未來森林碳匯經(jīng)營及其交易市場提供具備有高可靠性、實(shí)時性、準(zhǔn)確性、統(tǒng)一性的碳匯計量監(jiān)測數(shù)據(jù)庫與可視化評估分析服務(wù)。同時，應(yīng)加強(qiáng)政策支持與法規(guī)建設(shè)，進(jìn)一步推動跨部門協(xié)同與國際合作，進(jìn)而強(qiáng)化監(jiān)測成果的應(yīng)用與轉(zhuǎn)化。

4.1"技術(shù)創(chuàng)新層面

1） 構(gòu)建森林碳匯云計算平臺。針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲、計算方法無法滿足多元化、智能化、精細(xì)化碳匯監(jiān)測應(yīng)用，未來將構(gòu)建支撐海量多模態(tài)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集群空間，形成圖像、視頻、音頻、文檔等多模態(tài)數(shù)據(jù)的高吞吐處理技術(shù)、數(shù)據(jù)分層存儲、自動數(shù)據(jù)分級流動技術(shù)；構(gòu)建森林碳匯云計算平臺，形成可彈性擴(kuò)展和伸縮的計算和存儲資源、GPU加速技術(shù)優(yōu)化的計算環(huán)境、資源隔離的高性能虛擬機(jī)、超低延時的集群網(wǎng)絡(luò)通訊，以及智能化自動化的管理。

2） 形成生成式預(yù)訓(xùn)練大模型。針對傳統(tǒng)碳匯監(jiān)測模型通用性不高、可遷移性不足的問題，融合大數(shù)據(jù)、大知識和大計算，形成面向森林碳匯多模態(tài)數(shù)據(jù)的生成式預(yù)訓(xùn)練大模型，為碳匯監(jiān)測與評估提供一套通用化、高時效的解決方案，有效填補(bǔ)跨模態(tài)生成式預(yù)訓(xùn)練模型在森林碳匯監(jiān)測領(lǐng)域的空白。

3） 開發(fā)多模態(tài)數(shù)據(jù)智能挖掘算法。針對海量、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系挖掘深度不夠、規(guī)律不明顯等問題，結(jié)合圖像、文本、音頻等不同模態(tài)數(shù)據(jù)之間的交互關(guān)系和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，運(yùn)用多模態(tài)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和人工智能算法模型，挖掘比傳統(tǒng)統(tǒng)計模型或機(jī)器學(xué)習(xí)模型更多的關(guān)聯(lián)規(guī)則信息，提高跨模態(tài)生成式預(yù)訓(xùn)練模型的性能和準(zhǔn)確性。

4） 搭建森林碳匯智能監(jiān)測數(shù)字孿生平臺。針對傳統(tǒng)的碳匯監(jiān)測可視化分析水平不高的問題，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生技術(shù)等，構(gòu)建面向多模態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)字化景觀要素模型，結(jié)合生成式的預(yù)訓(xùn)練大模型，形成多尺度、多樹種、長時序的真實(shí)森林?jǐn)?shù)字孿生體，形成自動化、實(shí)時化、標(biāo)準(zhǔn)化、可交互式的森林碳匯智能監(jiān)測數(shù)字孿生平臺。

4.2"政策支持層面

1） 加強(qiáng)政策支持與法規(guī)建設(shè)。針對當(dāng)前森林碳匯監(jiān)測領(lǐng)域存在的政策不完善、法規(guī)缺失等問題，建議加強(qiáng)政策支持與法規(guī)建設(shè)。一方面出臺相關(guān)政策，明確森林碳匯監(jiān)測的重要性，為監(jiān)測工作提供依據(jù)；一方面制定詳細(xì)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范監(jiān)測流程、數(shù)據(jù)質(zhì)量和報告要求，確保監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，還應(yīng)建立激勵機(jī)制，鼓勵企業(yè)和個人積極參與森林碳匯監(jiān)測，推動監(jiān)測工作的全面開展。

2） 推動跨部門協(xié)同與國際合作。森林碳匯監(jiān)測涉及多個部門和領(lǐng)域，需要跨部門協(xié)同合作才能取得實(shí)效。建議政府加強(qiáng)部門間的溝通與協(xié)調(diào)，建立信息共享和聯(lián)合監(jiān)測機(jī)制，避免重復(fù)監(jiān)測和資源浪費(fèi)。同時，積極尋求國際合作機(jī)會，參與國際森林碳匯監(jiān)測項(xiàng)目，學(xué)習(xí)借鑒國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，提升我國森林碳匯監(jiān)測的國際化水平。通過跨部門協(xié)同與國際合作，共同推動森林碳匯監(jiān)測事業(yè)的快速發(fā)展。

3） 強(qiáng)化監(jiān)測成果的應(yīng)用與轉(zhuǎn)化。森林碳匯監(jiān)測的最終目的是為森林碳匯經(jīng)營及其交易市場提供可靠的數(shù)據(jù)支持。建議強(qiáng)化監(jiān)測成果的應(yīng)用與轉(zhuǎn)化，將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際可行的政策和措施。具體而言，可以建立森林碳匯數(shù)據(jù)庫和可視化評估系統(tǒng)，為政府決策、企業(yè)經(jīng)營和公眾監(jiān)督提供便捷的信息服務(wù)。同時，加強(qiáng)與碳交易市場的銜接，推動監(jiān)測成果在碳交易中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)森林碳匯的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。通過強(qiáng)化監(jiān)測成果的應(yīng)用與轉(zhuǎn)化，不斷提升我國森林碳匯監(jiān)測的實(shí)用性和影響力。

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