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森林生态系统碳储量及碳通量遥感监测研究进展 总被引：3，自引：2，他引：1
在全球CO2浓度持续增加导致气候变暖的背景下,森林生态系统碳储量及碳通量遥感大尺度监测成为关注热点。文中深入分析了当前国内外卫星遥感观测技术对森林碳循环评估的2种途径:1）基于遥感手段估算森林生物量并推算森林碳储量,通过碳储量变化确定森林生态系统的CO2通量。归纳各类森林生物量遥感估算方法的原理及优缺点,系统评述各类方法在大区域森林碳储量估算中存在的不确定性。2）基于CO2温室气体观测卫星遥感数据,定量监测森林生态系统与大气CO2通量,基于交换的CO2通量推算森林碳储量变化。归纳遥感手段观测森林生态系统与大气CO2通量的主要数据、方法及优缺点,系统评述各类数据及方法在森林CO2通量时空变化特征监测、森林碳储量估算等方面取得的进展,重点分析专用CO2浓度监测卫星数据,尤其是我国自主碳卫星数据在CO2柱浓度反演算法研究以及不同数据源之间的对比、验证和同化研究等方面取得的进展,总结专用温室气体遥感观测数据在森林碳储量及碳通量监测方面的优势。提出利用遥感手段进行森林生态系统碳循环定量监测的研究展望。 相似文献
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【目的】分析长白山红松阔叶林净生态系统碳交换量（NEE）的季节性差异及其气象因子响应,在月尺度下揭示气象因子对NEE的动态影响,为调节研究地区的碳收支提供理论指导。同时研究时间卷积神经网络在森林生态系统净碳交换模拟中的应用,探索NEE模拟的新方法。【方法】基于长白山温带红松阔叶林通量观测站2007—2010年间的30 min观测数据,分析NEE和输入模型的5种气象因子的季节性差异,并分析5种气象因子与NEE的相关性。使用随机森林模型,计算影响NEE的各因子重要性得分,选择得分较高的5种气象因子：潜热通量、显热通量、冠层上方空气湿度、冠层上方水汽压和净辐射作为NEE模拟的输入;分别构建基于时间卷积神经网络（TCN）、长短期记忆网络（LSTM）、人工神经网络（ANN）、支持向量回归（SVR）和极限学习机（ELM）的5种NEE模型,采用决定系数（R2）、平均绝对误差（MAE）和均方根误差（RMSE）评价模型的预测精度和稳定性。【结果】长白山温带红松阔叶林通量观测站NEE全年总量为-74.777 3 gCO2·m-2a... 相似文献
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【目的】探明环境因子对兴安落叶松原始林生态系统CO2浓度及其δ13C动态的影响,深入理解生态系统的碳交换过程,为模拟和预测全球变化与生态系统之间的互馈机制以及科学评估寒温带森林生态系统碳汇能力提供参考。【方法】采用离轴积分腔输出光谱技术对兴安落叶松生态系统不同物候期、不同高度的CO2浓度及其δ13C进行连续高频观测,并分析环境因子与CO2浓度变化的关系。【结果】1)兴安落叶松生态系统不同高度的CO2浓度在生长季和日尺度上均呈单峰变化,峰值分别出现在展叶期(522.34μmol·mol-1)和凌晨(782.81μmol·mol-1),谷值分别出现在落叶期(406.07μmol·mol-1)和中午(379.72μmol·mol-1);δ13C变化趋势与CO2浓度相反;2)CO2浓度随垂直高度升高而减小,δ 相似文献
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【目的】明确东北温带次生林长期CO2通量与地面碳过程及其不确定性,为提升森林碳通量测算精度提供方法支撑。【方法】选择帽儿山站典型天然次生林,基于2008—2018年涡动协方差(EC)法连续监测的CO2通量、2008—2019年清单法测算的地面净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)以及土壤呼吸监测数据,评估2种方法测算CO2通量的不确定性来源,并比较二者是否具有一致性。【结果】1) EC法测算的11年间平均CO2净交换量(NEE)为-1.57±0.64t·hm-2 a-1,总初级生产力(GPP)为13.56±1.48 t·hm-2 a-1,生态系统呼吸通量(Re)为12.00±1.38 t·hm-2 a-1,三者不确定性分别为0.47、0.90和1.37 t·hm-2 a-1,相对不确定性分别为29.9%、6.6%和... 相似文献
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【目的】量化人工林生态系统碳通量组分，探明环境因子对碳通量组分的调控作用，以提高人工林生态系统碳汇功能评估的准确性，为进一步认识气候变化背景下环境因子对人工林生态系统碳循环过程的调控作用提供参考。【方法】以北京市密云区油松人工林生态系统为研究对象，采用涡度相关法(EC)测定油松人工林生态系统净碳交换量，同时对空气温度(Ta)、饱和水汽压差(VPD)、光合有效辐射(PAR)和土壤水分(SWC)等环境要素进行原位连续监测，分析人工林生态系统碳通量组分季节变化特征及其与环境因子的响应关系。【结果】北京密云油松人工林2021年累积生态系统总生产力(GEP)为315 g·m-2，呼吸强度(RE)为291 g·m-2，净生产力(NEP)为24 g·m-2。GEP和RE在生长季(4—10月)较高，非生长季接近0 g·m-2。日GEP、RE和NEP最大值分别为4.7、3.3和3.1 g·m-2。月最大净光合速率在生长季呈单峰型变化，最大值出现在7月。在生长季和生长旺期，N... 相似文献
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【目的】研究杨树光合作用和碳氮分配对CO2浓度和温度升高的响应，探讨气候变化下杨树的生理生态适应机制，以期为我国北方杨树人工林生产力和生态效益的长期提升提供理论依据。【方法】以盆栽群众杨当年生扦插幼苗为试验材料，在开顶式生长室内模拟研究了空气CO2浓度和气温升高(分别比室外大气升高200μmol mol-1和2℃)及其共同作用下的功能叶光合特性、叶解剖结构、器官间干物质和碳氮分配的响应，并探讨了苗期群众杨对CO2浓度和气温升高的生理生态响应。【结果】1)在CO2浓度升高处理下，群众杨叶片气孔密度降低，蒸腾速率减弱，瞬时水分利用效率显著提高；光合潜力和氮利用效率增加，并通过叶肉组织增厚、叶和根碳氮比增加、比叶重增大以及根冠比增加等途径维持单位叶面积氮含量、瞬时光合特性和叶绿素荧光特性不变，而单位质量暗呼吸速率降低，并使单株总干质量和总碳量显著增加。2)增温2℃下的群众杨叶气孔密度显著增加，但瞬时气体交换和荧光参数、光合特性变化不显著，株高和单株总氮量略低，器官间的干物质和碳氮分配... 相似文献
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【目的】研究外源钙添加对有机物料改良滨海盐碱土过程中土壤CO2排放和土壤碳库的影响,以期为滨海盐碱土的改良利用与固碳潜力提升提供理论依据。【方法】采用室内培养试验,在施用玉米秸秆生物炭+鸡粪(BM)以及水稻秸秆+鸡粪(SM)的基础上,以氢氧化钙和硅酸钙作为钙源,按照等钙量原则,分别设置了6种处理：不施用硅酸钙和氢氧化钙(CK)、施用12.4 g·kg-1硅酸钙(Ca1)、施用24.8 g·kg-1硅酸钙(Ca2)、施用7.9 g·kg-1氢氧化钙(Ca3)、施用15.8 g·kg-1氢氧化钙(Ca4)以及施用12.4 g·kg-1硅酸钙+7.9 g·kg-1氢氧化钙(Ca5),进行1个月的培养试验。【结果】培养期间外源钙的添加能显著降低CO2累积排放;有机物料的施用会导致土壤有机碳(SOC)的损失,外源钙的添加不会显著影响SOC矿化但会导致土壤无机碳(SIC)含量显著增加,从而弥补SOC的损失,增加土壤的总碳量,... 相似文献
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【目的】为有效提升我省竹林碳汇能力,科学指导经营策略,该文分析了浙江省“十三五”期间毛竹(Phyllostachys edulis)林碳储量变化规律。【方法】以2016—2020年期间浙江省森林资源年度监测样地中的毛竹为研究对象,采用固定样地和随机抽样相结合开展竹林碳储量调查与统计,分析了我省毛竹碳储量的动态变化。【结果】(1)毛竹林面积、林分总株数、立竹量3个指标总体均呈现稳步增长的趋势,分别从2016年的80.71万hm2、297 888万株和3 413株·hm-2,增长到2020年的82.82万hm2、326 644万株和3 603株·hm-2;(2)乔木层碳储量从2016年的2 455.19万t增长到2020年的2 878.23万t,年均占比超过92%,灌木层和草本层的碳储量占比从2016年的7.05%下降到2020年的6.33%;(3)毛竹碳储量总体估计精度达到90%,从2016年的2 689.01万t增长到2020年的3 096.78万t,林分碳储量占比达到98%以上。【结论】该研究结果... 相似文献
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【目的】预测研究2060年前我国的森林生物量碳库及碳汇潜力,以期为制定减排增汇政策提供重要依据,为我国获取必要的CO2排放空间和参与全球气候变化谈判提供参考。【方法】基于全国森林资源清查数据资料,利用Richards生长方程拟合方法,将全国划分为6个区域,每个区域分别建立8～9组主要优势树种（组）的样地公顷蓄积量与林龄的关系模型,并结合我国森林经营规划推算各时期的森林面积,预测2060年前我国的森林（不包括经济林和竹林）蓄积量、生物量碳库和碳汇潜力。【结果】到2030年,我国森林蓄积量将达到204.73亿m3,比2005年增加74.73亿m3; 2060年将达到286.45亿m3。从各区域动态变化来看,西南地区和东南地区是我国未来森林蓄积增长量最快的地方,也是森林质量精准提升潜力最大的地区,分别占2060年全国森林蓄积量的37.68%和21.37%。到2060年,现有森林碳储量将达到12.12 Pg C(Pg=1×1015g),新造林将再增加碳储量0.92 Pg C,森林生物量... 相似文献
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【目的】基于多角度卫星遥感(MISR)和无人机(UAV)摄影测量技术,采用简单几何光学模型(SGM)和广义简约梯度(GRG)优化方法,反演获取塔里木河下游胡杨林主要结构参数(树高、冠幅、林分密度和覆盖度)。【方法】以塔里木河下游典型河岸林为研究对象,基于野外调查、UAV倾斜摄影测量和MISR数据,构建训练集,采用SGM对场景反射进行分解模拟,获取Walthall背景反射模型参数,评价参数敏感性,建立参数回归方程,运用GRG优化算法反演得到测试集结构参数,利用无人机测量数据进行精度验证和评价。【结果】从UAV倾斜摄影测量数据中提取的树高、冠幅、林分密度数据与实测数据相比,UAV获取的树高、冠幅、林分密度与实测数据的R2分别为0.90、0.84、0.94,均方根误差(RMSE)分别为0.45 m、0.68 m、4.25株·hm-2。SGM对训练集样地红光模拟反射值与卫星观测反射值的R2最大值为0.99、最小值为0.72、平均值为0.92;反演获取的训练样地树高和覆盖度与参考值相比,覆盖度R2达0.99,... 相似文献
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为探究广州市常见园林植物夏季光合特性及其固碳释氧能力,以广州市园林9种典型园林树种幼苗为研究材料,采用Li-Cor6400便携式光合测定仪测定光合参数特征和光响应曲线,计算各苗木的日固碳释氧能力,分析光合速率影响因素,并以单位绿化面积固碳量作为衡量各树种苗木吸收CO2能力的特征向量进行聚类分析。结果表明：9种的园林树种幼苗单位叶面积固碳量和释氧量分别为6.25～11.93、4.55～8.68 g·m-2·d-1,单位绿化面积固碳量和释氧量分别为1.87～10.37、1.33～7.54g·m-2·d-1,9个园林树种苗木的光合净固碳量按高低排序可分为3类,单株植物单位绿化面积固碳量较高(9.44～10.37 g·m-2·d-1)的有铁冬青Ilex rotunda、枫香Liquidambar formosana、假苹婆Sterculia lanceolata、糖胶树Alstonia scholaris,中等(7.19～8.38 g·m 相似文献
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【目的】探究毛竹林土壤呼吸及组分对氮添加、磷添加及其二者交互效应的响应差异，揭示生物和非生物因子在调控土壤呼吸中的作用，为评价养分添加影响毛竹林土壤碳排放过程及模型预测提供科学依据。【方法】以缺磷型毛竹林为对象，2017年6月采用林下喷施方式隔月进行氮(10 g·m-2a-1)和磷(10 g·m-2a-1)添加，设置对照(CK)、单一氮添加(N)、单一磷添加(P)和氮磷共添加(N+P)4个处理，2017年9月—2018年8月采用Li-8100土壤碳通量系统测量土壤总呼吸速率和异养呼吸速率，并测定土壤温度(T)、湿度(SM)、细根和土壤化学性质、细根生物量及土壤微生物特征。【结果】氮磷添加均未改变毛竹细根生物量，对土壤自养呼吸速率无显著影响，氮添加显著增加土壤可利用氮含量、磷添加降低土壤真菌和细菌生物量比值分别是氮磷添加抑制土壤异养呼吸速率的主要原因。氮磷添加对土壤自养呼吸速率和异养呼吸速率均存在交互作用。氮磷添加的交互效应对土壤总呼吸速率无显著影响，但磷添加显著增加土壤总呼吸速率。模型R=ae 相似文献
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【目的】基于机载激光雷达数据建立结构稳定的林分地上生物量预测模型,考虑最小二乘、混合效应和贝叶斯等参数估计方法对最优生物量预测模型选择进行探讨,为生物量建模方法研究、生物量估测提供科学依据,为冬奥核心区实现“双碳”目标和生物量模型计算提供技术支撑。【方法】基于崇礼冬奥核心区2种森林类型(华北落叶松和白桦)62块实测样地及对应的激光雷达数据,通过变量筛选分别建立最小二乘、混合效应和贝叶斯生物量模型,应用确定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、残差、总体相对误差(TRE)评价模型,采用留一交叉法验证模型精度。【结果】筛选出相关性较高的激光雷达变量共20个,最终进入模型的自变量3个。拟合效果最好的是Logistic混合效应模型(RMSE=22.99 t·hm-2,R2=0.768,TRE=6.08%),分树种建立模型后华北落叶松模型拟合效果提升(RMSE=22.92 t·hm-2,R2=0.795,TRE=7.45%),白桦模型预测精度提高(RMSE=23.34 t·hm... 相似文献
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[目的]以库布其沙漠沙柳为研究对象,建立基于BP神经网络的沙柳生物量模型,探究不同建模因子下的沙柳生物量估算模型变化,以期探究沙柳生物量估算模型的最优形式。[方法]选取6种沙柳生长因子,并根据与生物量相关性大小加入输入变量,从而组成6组不同输入变量,输入变量包含因子数量逐步增加（1～6种）。对比BP神经网络沙柳生物量模型不同输入变量所拟合模型的性能,确定最佳输入变量,并在最优输入变量的基础上,确定BP神经网络隐层数量,经过反复训练,建立基于BP神经网络的沙柳生物量估算模型。[结果]基于BP神经网络的沙柳生物量模型最优结构,即输入层节点数(Nin)∶隐层节点数（Nh）∶输出层节点数(Nout)为：4∶9∶1。其中训练数据R2=0.97,RMSE=0.67,MAE=0.50;测试数据R2=0.96,RMSE=1.10,MAE=0.77。[结论]基于BP神经网络的沙柳生物量,随着输入变量中输入因子的数量不断增加,发现其R2、RMSE、MAE所表现出的模型性能逐渐... 相似文献
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为了解土壤氮含量对油松林针叶全碳、全氮、全磷含量和氮磷养分重吸收效率的影响及其随龄级的变化规律,以山西省桑干河杨树丰产林实验局金沙滩林场4个龄级(分别为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ龄级)油松人工林为研究对象,设置5个施氮水平[CK(0 g·m-2·a-1)、N1(5 g·m-2·a-1)、N2(10 g·m-2·a-1)、N3(15 g·m-2·a-1)和N4(20 g·m-2·a-1)]的短期氮添加试验。测定了4个龄级对应的5个施氮水平的表层土壤(0～30 cm)氮含量及表层土壤相应的氮含量下成熟针叶和凋落叶全碳、全氮、全磷含量,计算和分析成熟针叶全碳、全氮、全磷含量及其化学计量比,以及相应的氮磷养分重吸收效率。结果表明:各龄级油松针叶全碳、全氮和全磷含量均随土壤氮含量升高表现为先升高后降低的单... 相似文献
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【目的】探究CO2浓度升高对宁夏枸杞果实发育过程中碳水化合物积累的影响,为揭示枸杞果实品质形成对气候变化的响应提供参考。【方法】以宁夏枸杞‘宁杞1号’为试验材料,采用开顶气室模拟控制系统进行CO2浓度升高处理(800±20μmol·mol-1),以自然环境CO2浓度(400±20μmol·mol-1)为对照,处理60天后收集幼果期、青果期、转色期、红果期的根、茎、叶和果实样品,测定其糖组分含量及糖代谢相关酶活性和基因表达。【结果】1) CO2浓度升高处理可促进果实发育过程中半乳糖、蔗糖和总糖的积累,红果期半乳糖、果糖、蔗糖、总糖含量较对照分别提升35.71%、23.18%、19.57%和12.23%(P<0.05)。2) CO2浓度升高处理下,宁夏枸杞发育期根、茎、叶和果实组织中苹果酸合成酶(LbMS)、中性转化酶(LbAI)、蔗糖磷酸合成酶(LbSPS)及蔗糖合成酶(LbSS)活性均显著升高(P<0.05),α-半乳糖苷... 相似文献
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【目的】探究环境因子对毛竹林CO_2通量的影响,为亚热带典型森林碳循环模拟提供技术和理论支撑。【方法】基于浙江省安吉县山川乡2011—2014年毛竹林通量塔观测数据,采用随机森林模型对毛竹林CO_2通量进行模拟,以均方根误差(RMSE)、决定系数(R~2)和林氏调和系数(LCCC)3个指标评价模型精度,并通过计算环境因子重要性得分来分析环境因子对毛竹林CO_2通量的影响。【结果】随机森林模型能以较高精度模拟毛竹林CO_2通量,但由于2013年7和8月发生极端高温干旱,模型难以刻画这种短时、剧烈的干扰,最终导致测试阶段模型精度(R~2=0.845 5,RMSE=0.437 7 mg·m~(-2)s~(-1),LCCC=0.914 1)低于训练阶段模型精度(R~2=0.961 5,RMSE=0.005 4 mg·m~(-2)s~(-1),LCCC=0.980 1);十折交叉验证表明,随机森林模型拟合效果稳定,且模型内部参数设置合理,模型误差主要来自于输入数据;在月尺度上,环境因子对毛竹林CO_2通量影响的重要性得分表现为光合有效辐射PAR(63.332)土壤5 cm深处温度T_S(29.932)空气相对湿度R_H(25.839)大气温度T_A(25.581)空气CO_2浓度C_(CO_2)(25.095)饱和水汽压差VPD(24.123)风速W_S(23.504)生态系统有效能量A_E(19.323)土壤热通量Q_S(18.502),PAR对毛竹林CO_2通量变化影响最大,PAR、T_S和VPD对毛竹林CO_2通量的影响较显著(P0.05),这3个因子是影响月尺度上毛竹林CO_2通量变化的主导因子。【结论】随机森林模型能以较高精度拟合毛竹林CO_2通量;在相关环境因子中,光合有效辐射、土壤5 cm深处温度和饱合水汽压差对毛竹林CO_2通量影响的贡献最显著,这3个因子对毛竹林CO_2通量月尺度上的变化具有控制作用。 相似文献
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选取美国弗吉尼亚州东南部和北卡罗来纳州东北部的迪斯默尔沼泽作为研究区,基于Sentinel-1雷达数据和Sentinel-2光学数据,在对影像特征因子提取的基础上,采用随机森林构建生物量反演模型,对比分析了森林地上生物量反演精度。结果表明：基于Sentinel-2影像的随机森林模型的R2、RMSE分别为：0.707、39.521 t/hm2;基于Sentinel-1影像的随机森林模型R2、RMSE分别为：0.601、38.536 t/hm2。从整体来看,不同的变量参与到模型建模最终导致的精度各不相同,基于Sentinel-2影像建模的精度总体上高于基于Sentinel-1影像建模的精度。 相似文献
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【目的】选择适合的模型模拟干旱区枣林蒸散量及植株蒸腾量,为干旱区枣林制定合理灌溉制度、灌溉决策提供理论依据。【方法】SIMDual＿Kc模型以双作物系数法为基础,引入作物密度系数Kd,适用于稀疏冠层的果树或高频灌溉的作物。利用干旱区人工枣林2年涡度协方差(Eddy covariance, EC)技术实测蒸散量、热脉冲法实测植株蒸腾量,验证SIMDual＿Kc模型的适用性和率定模型参数,并根据实测数据预设灌溉频率,模拟不同灌溉频率对蒸散的影响。【结果】SIMDual＿Kc模型模拟干旱区人工枣林生育期内的蒸散量、植株蒸腾量精度较高,蒸散量模拟精度：决定系数R2=0.57～0.60,模型一致性指数d=0.86～0.87,模型有效性NSE=0.51～0.55;植株蒸腾量模拟精度：R2=0.73～0.77,d=0.91～0.92,NSE=0.62～0.64;蒸散量、植株蒸腾量的实测值和模拟值有较好的一致性。适用于干旱区人工枣林的SIMDual＿Kc模型参数：基础作物系数Kcb ini=0.18,Kc... 相似文献
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采用机载LiDAR技术对江苏连云港南云台林场杉木人工林进行林分因子调查，基于调查结果和含碳系数，运用生物量方程法估测生物量和碳储量，旨在为杉木林经营管理和开展固碳增汇提供依据。结果表明：1)y=4.6642e0.1237x(R2=0.8012)为胸径优选反演模型；2)杉木人工林碳储量随径级的增大而不断增加，其地上碳储量(4.31～72.79 t/hm2)显著高于地下碳储量(1.17～21.44 t/hm2),在全株碳储量(5.48～94.23 t/hm2)中占绝对优势；3)对比不同径组间全株碳储量倍数关系，中径组是小径组的3.4倍；大径组是中径组的2.68倍；特大径组是大径组的1.89倍，碳储量增速随径级增大呈逐渐降低趋势；4)从杉木碳储量在不同器官中的分配来看，树干和树枝中的碳储量随径级的增加而增多，叶片随径级的增加而减少。 相似文献