詹勁昱

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

基于遙感大樣地調(diào)查的LULUCF碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)方法

詹勁昱

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

該文主要利用已有的各類林業(yè)監(jiān)測(cè)體系和監(jiān)測(cè)成果，運(yùn)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(jìn)行一定周期的LULUCF碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)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(dòng)引起的碳匯量變化情況，為林業(yè)碳匯參與國(guó)際碳交易、國(guó)際談判涉林議題提供有力支撐。

LULUCF；碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)；遙感大樣地

土地利用、土地利用變化和林業(yè)（LULUCF）活動(dòng)是減排的有效手段。LULUCF碳監(jiān)測(cè)體系的建設(shè)能快速、準(zhǔn)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(dòng)變化引起的碳儲(chǔ)量變化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土地類型變化而導(dǎo)致的碳變化量監(jiān)測(cè)。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(cè)數(shù)據(jù)，并輔助增設(shè)地面樣地調(diào)查，按照LULUCF活動(dòng)的要求，可實(shí)現(xiàn)的任務(wù)有：①實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)，獲取各類土地利用活動(dòng)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(dòng)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(dòng)變化引起的土地利用類型變化信息，實(shí)現(xiàn)由此導(dǎo)致的碳儲(chǔ)量和變化量的計(jì)量監(jiān)測(cè)，進(jìn)行不確定性分析，得到監(jiān)測(cè)成果。

1 技術(shù)路線

1.1 技術(shù)路線框架

LULUCF碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)框架包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源、抽樣設(shè)計(jì)、土地利用類型及其變化、碳匯（源）計(jì)量和數(shù)據(jù)整合處理分析。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源為L(zhǎng)ULUCF碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；抽樣設(shè)計(jì)使LULUCF碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)的成果能夠和國(guó)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(jì)量為L(zhǎng)ULUCF碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)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(jì)算方法和不同模型選擇以及最后的碳計(jì)算提供處理平臺(tái)和工具，確保計(jì)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(jìn)行碳匯計(jì)量監(jiān)測(cè)，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(cè)算和地類變化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)在一定監(jiān)測(cè)周期內(nèi)對(duì)LULUCF所引起的碳變化計(jì)量監(jiān)測(cè)。

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(chǔ)量及變化計(jì)算等。數(shù)據(jù)源選擇主要為碳儲(chǔ)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(cè)算出各土地類型碳儲(chǔ)量，結(jié)合各種因子和信息數(shù)據(jù)，分析測(cè)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(jì)量監(jiān)測(cè)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(shí)效性，并節(jié)約時(shí)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(cè)算數(shù)據(jù)。在對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行選擇時(shí)應(yīng)堅(jiān)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(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精度進(jìn)行校驗(yàn)，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(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)等，同時(shí)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(shí)間同期同時(shí)相的原則。在基于已有的林業(yè)資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)選擇遙感影像時(shí)，盡量選擇同一時(shí)期、同一時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)。

3 抽樣設(shè)計(jì)

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?yàn)楠?dú)立總體，分別以公里格網(wǎng)中心點(diǎn)為抽樣點(diǎn)，通過抽樣點(diǎn)的屬性特征值對(duì)各總體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jì)算的平均參數(shù)。

樣地布設(shè)的要求：

①樣地布點(diǎn)。以每個(gè)公里格網(wǎng)中心點(diǎn)4 km×4 km樣地的中心點(diǎn)進(jìn)行布點(diǎn)。

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(gè)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(jì)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(jì)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(jì)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(cè)算各土地類型碳儲(chǔ)量，結(jié)合各種因子和信息數(shù)據(jù)分析測(cè)算結(jié)果。

5 碳匯計(jì)量和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5.1 土地利用類型面積統(tǒng)計(jì)

①土地利用類型面積所占比均值估計(jì)：

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(shí)為4 km×4 km，跨邊界時(shí)以其實(shí)際面積計(jì)算)；N為樣地總數(shù)。

PAi估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差：

絕對(duì)誤差限：

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

相對(duì)誤差限：

估計(jì)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(chǔ)量統(tǒng)計(jì)

土地利用類型碳儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)主要是針對(duì)林地并覆蓋有森林植被部分所采取的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法。此部分的統(tǒng)計(jì)計(jì)算是依據(jù)面積統(tǒng)計(jì)后，分別計(jì)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(jì)算相應(yīng)碳庫(kù)中的碳儲(chǔ)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(guó)森林資源一類清查或二類調(diào)查的統(tǒng)計(jì)成果，所以此處的平均特征值統(tǒng)計(jì)估計(jì)精度也與原調(diào)查統(tǒng)計(jì)估計(jì)精度相同。

①土地利用類型生物量碳儲(chǔ)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(jì)算相應(yīng)土地利用類型的喬木層地上與地下碳儲(chǔ)量。

平均蓄積量計(jì)算方法：

平均生物量計(jì)算方法：

式中：C為生物量總碳儲(chǔ)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(shì)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(shì)樹種（組）或森林類型平均生物量碳密度；公式中其他指標(biāo)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(jì)算公式可采用兩種方法計(jì)算：

②枯死部分生物量碳儲(chǔ)量。其計(jì)算方法與非喬木層生物量計(jì)算類似。計(jì)算公式：

③土壤碳儲(chǔ)量。土壤碳儲(chǔ)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(jì)算相應(yīng)類型土壤碳庫(kù)，然后相加得到土壤總碳儲(chǔ)量。

式中：Ai,j表示第i類型土壤第j個(gè)樣地面積。此公式也可簡(jiǎn)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(chǔ)量。

各統(tǒng)計(jì)量的估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差和估計(jì)精度可根據(jù)抽樣的樣本單元數(shù)分別計(jì)算其相應(yīng)的估計(jì)值。

④估計(jì)精度計(jì)算。

各碳庫(kù)統(tǒng)計(jì)量的估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差和估計(jì)精度可根據(jù)抽樣的樣本單元數(shù)分別計(jì)算其相應(yīng)的估計(jì)值。其數(shù)據(jù)源來自一類資源清查、二類規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查，抽樣精度與誤差來自原數(shù)據(jù)樣本量和測(cè)算值。為了保證原有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)精度不降低，要求各類型碳庫(kù)抽樣估計(jì)精度不低于90%。各項(xiàng)指標(biāo)具體計(jì)算公式：

以上估計(jì)值的誤差與精度計(jì)算，可分別類型按碳庫(kù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，或者根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)源及其所包括的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計(jì)分析與計(jì)算，確保每項(xiàng)碳庫(kù)指標(biāo)都有估計(jì)誤差與精度。

5.3 土地利用類型碳變化量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)土地利用變化與林業(yè)相關(guān)活動(dòng)導(dǎo)致的碳庫(kù)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(jìn)行計(jì)算，通常選用庫(kù)-差別法進(jìn)行變化后導(dǎo)致的碳庫(kù)變化量計(jì)算。針對(duì)與林地相關(guān)的并發(fā)生變化后的碳庫(kù)變化計(jì)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(jì)算各碳庫(kù)，其在t時(shí)間的碳庫(kù)儲(chǔ)量可選用上面相應(yīng)碳庫(kù)的計(jì)算獲得，然后將兩個(gè)時(shí)間段相減并除以相應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，就可得到年度碳庫(kù)變化量，進(jìn)一步計(jì)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(chǔ)量的相應(yīng)部分計(jì)算公式來完成此部分的計(jì)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(duì)不同土地利用活動(dòng)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(jì)算方法，分別測(cè)算各地類碳庫(kù)現(xiàn)存量及活動(dòng)變化量。根據(jù)土地類型與活動(dòng)建立土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，通過此矩陣分別所對(duì)應(yīng)的活動(dòng)與類型建立相應(yīng)數(shù)據(jù)、模型和方法，并計(jì)算出各部分碳庫(kù)變化量，得到在LULUCF情景下各地類各種活動(dòng)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(guó)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(jì)算方法、數(shù)據(jù)成果、相關(guān)分析等方面。

②各項(xiàng)林業(yè)活動(dòng)碳匯量監(jiān)測(cè)專項(xiàng)成果（林業(yè)工程、林業(yè)專項(xiàng)活動(dòng)等）。主要內(nèi)容是針對(duì)林業(yè)專項(xiàng)活動(dòng)目標(biāo)，測(cè)算出其碳儲(chǔ)量、年度碳匯量，涉及碳庫(kù)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(diǎn)是反映林業(yè)專項(xiàng)目標(biāo)成果內(nèi)容。

③區(qū)域森林未來碳儲(chǔ)量、碳匯量及潛力預(yù)測(cè)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(shì)特征，對(duì)區(qū)域森林未來碳儲(chǔ)量及碳匯量進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)。

④其他有關(guān)林業(yè)專項(xiàng)內(nèi)容計(jì)量監(jiān)測(cè)成果。服務(wù)專項(xiàng)監(jiān)測(cè)，基于監(jiān)測(cè)目的確定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取方法與測(cè)算技術(shù)。

⑤為林業(yè)減緩和適應(yīng)氣候變化的措施與評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐成果。基于對(duì)相關(guān)林業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化工作的測(cè)算與評(píng)價(jià)，結(jié)合相關(guān)研究成果，對(duì)林業(yè)減緩與適應(yīng)氣候變化的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)或?yàn)樵u(píng)價(jià)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

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

［1］高顯連.對(duì)我國(guó)LULUCF碳計(jì)量監(jiān)測(cè)方法的探討[J].林業(yè)資源管理，2015（2）：46-50.

［2］李?？诇Y才，曾偉生.基于森林清查資料的中國(guó)森林植被碳儲(chǔ)量[J].林業(yè)科學(xué)，2011，47（7）：9-11.

［3］張小全.土地利用、土地利用變化和林業(yè)清單方法學(xué)進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué)，2006，2（6）：266-267.

［4］張小全，陳先剛，武曙紅.土地利用變化和林業(yè)活動(dòng)碳貯量變化測(cè)定與監(jiān)測(cè)中的方法學(xué)問題[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（9）：2070-2071.

［5］政府間氣候變化專門委員會(huì).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(jí)工程師，從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作。E-mail：zh12379@163.com。

張素清）