CN116071419A - 一种碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法 - Google Patents

一种碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，包括如下步骤：（1）项目边界监测；（2）基线物联网监测；（3）项目物联网监测；（4）总碳储量和碳变化量实时监测；（5）判断监测结束和自动周期监测。本发明通过对基线和项目活动布设碳层单位面积碳储量物联网监测样地动态获取基线和项目单位面积碳储量，结合基线碳层划分和面积计算，以及项目碳层遥感变化监测动态更新项目碳层面积，动态周期性获取碳汇造林和森林经营碳汇项目边界内基线碳层总碳储量、项目碳层总碳储量及总碳储量和碳变化量，显著提升碳汇造林和森林经营碳汇项目监测时效性和精度，降低监测成本适合大规模推广使用。

Description

一种碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法
技术领域
本发明涉及物联网及地理空间数据采集、计算、处理领域，具体涉及一种碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法。
背景技术
碳汇造林和森林经营碳汇项目是以增加森林碳汇为主要目标，对造林和森林经营活动全过程实施碳汇计量和监测而进行的有特殊要求的项目活动。目前对碳汇计量方法分为两类，一类是调查生物量计算碳储量，另一类是利用微气象原理测定森林二氧化碳碳通量。由国家发改委备案的《碳汇造林项目方法学》和《森林经营碳汇项目方法学》中对碳汇造林和森林经营碳汇项目的计量和监测推荐使用监测生物量计算碳储量变化方法，对地上生物量监测中推荐使用样地调查方法，对固定样地监测频率推荐为3-10年一次，在固定样地内每木检尺中，要实测所有活立木的胸径（DBH）和（或）树高（H）。
由于目前地上生物量监测主要使用样地调查方法，通过人工布设测量样地周界，对样地周界内的样木进行每木调查，质检和持续监测均需要调查员再次到达样地重复测量过程，存在以下缺点：
（1）监测成本高，测量精度低。样地测设、质检和监测均需要专业调查人员反复对固定样地内的样木进行反复测量，监测成本高。测量中容易由于测量错误、数据录入和操作错误，导致数据不准确。林业调查质检控制以抽检为主，有调查人员以侥幸心理，在没有到达指定的树木位置开始现地调查，或甚至完全在室内编造数据情况。
（2）监测时效性差，无法动态反应碳储量变化。由于调查监测工作量大、费用高，导致固定样地监测频率推荐为3-10年一次，无法准确掌握详细地掌握树木生长动态，监测时效性较差。在两次监测期内碳汇量变化量被认定为是线性的，无法体现出生物量随林分结构、气候条件的动态变化情况。
另外，目前碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇计量的新技术和新方法主要集中在生长模型模拟、遥感定量反演、激光雷达测树等领域，由于生长模型更新、遥感定量反演等新方法也同样严重依赖已有调查样地质量和数量，并因建模使用的样地数据为静态数据，会出现初期模拟精度高，后期精度明显下降甚至错误的情况。激光雷达点云数据测树成本高，数据后期处理方法复杂。除此之外，新方法还普遍存在可比性差、泛化能力弱的缺点，难以大规模推广使用。
综上所述，亟需提供一种可显著提升碳汇造林和森林经营碳汇项目监测时效性和精度，并降低监测成本，适合大规模推广使用的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可显著提升碳汇造林和森林经营碳汇项目监测时效性和精度，并降低监测成本，适合大规模推广使用的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法。
上述目的是通过如下技术方案实现：一种碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，包括如下步骤：
（1）项目边界监测：确定项目边界；
（2）基线物联网监测：
（2.1）基线碳层划分和面积计算；
（2.2）基线碳层单位面积碳储量物联网监测：设计并部署基线物联网样地，动态监测基线碳层单位面积林分生物质、基线碳层单位面积枯死木、基线碳层单位面积枯落物，汇总计算基线碳层单位面积碳储量；
（2.3）基线碳层总碳储量计算：利用基线碳层单位面积碳储量乘以各碳层图斑面积，获取基线碳层总碳储量；
（3）项目物联网监测：
（3.1）项目碳层划分：在项目边界范围内，按照项目活动类型划分项目碳层；
（3.2）项目碳层遥感变化监测：开展两期遥感影像的变化图斑检测，通过变化图斑判读、验证核实，实现项目碳层图斑更新和变化生成，获取项目碳汇的现状数据库和变化数据库，得到用于项目碳层总处理计量的最新碳层图斑面积；
（3.3）项目碳层单位面积碳储量物联网监测：按照遥感变化监测调整后的项目碳层，设计部署项目物联网样地，动态监测项目碳层单位面积林分生物质、项目碳层单位面积枯死木、项目碳层单位面积枯落物和项目温室气体排放，汇总计算基线碳层单位面积碳储量；
（3.4）项目碳层总碳储量计算：项目碳层单位面积碳储量乘以各碳层图斑面积，获取项目碳层总碳储量；
（4）总碳储量和碳变化量监测：计算项目边界内本次监测周期的总碳储量，以及单位时间碳变化量；
（5）判断监测结束和自动周期监测：按物联网监测样地设定时间进行周期化运行和监测，若全部停止对项目边界、基线、项目活动监测并导致项目撤除，则监测结束。
本发明针对碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇计量和监测过程中普遍存在监测成本高、精度低、时效性差和泛化能力弱的缺点，提供了一种碳汇造林和森林经营碳汇项目动态监测方法，通过对基线和项目活动布设碳层单位面积碳储量物联网监测样地动态获取基线和项目单位面积碳储量，结合基线碳层划分和面积计算，以及项目碳层遥感变化监测动态更新项目碳层面积，动态周期性获取碳汇造林和森林经营碳汇项目边界内基线碳层总碳储量、项目碳层总碳储量及总碳储量和碳变化量，显著提升碳汇造林和森林经营碳汇项目监测时效性和精度，降低监测成本，适合大规模推广使用。
需说明的本发明碳汇计量中只考虑林木生物质、枯死木、枯落物的碳储量及变化，忽略灌木、土壤有机碳和木产品碳库。本发明碳汇造林和森林经营碳汇项目活动无潜在泄露，识为0。
进一步的技术方案是，所述步骤（2.2）的具体步骤如下：
（2.2.1）基线样地设计；
（2.2.2）基线物联网样地监测：按照设定样地，使用树径测量传感器固定于样地样木胸径处，监测并采集样木胸径及生长状况，实现样地各碳库监测；
（2.2.3）基线单位面积林木生物质碳储量计算：采用生物量扩展因子法计算基线单位面积林木生物质碳储量；
（2.2.4）基线单位面积枯死木碳储量计算：根据步骤（2.2.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算基线单位面积枯死木碳储量；
（2.2.5）基线单位面积枯落物碳储量计算：根据步骤（2.2.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算基线单位面积枯落物碳储量；
（2.2.6）基线碳层单位面积碳储量计算：将所有树种林木生物质、枯死木和枯落物的碳储量进行加和。
进一步的技术方案是，所述步骤（2.2.3）的具体步骤如下：
（2.2.3.1）根据步骤（2.2.1）中物联网样地采集的样地内样木树种、胸径和立木类型数据，计算各树种单位面积活立木材积，使用本区域一元材积表计算，将直径作为自变量，材积作为因变量进行计算，计算公式如下：
式中， v base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积活立木材积； d k,i,j,t 为第 t次监测，第 i碳层树种 j的第 k株样木胸径； s为样地面积； f j 为本树种 j的一元材积经验方程式； j为树种 j； k为第 k株样木； t为第 t次监测； i为第 i碳层;
（2.2.3.2）使用生物量扩展因子法计算生物量，材积作为自变量，生物量作为因变量，查表获取木材密度、根冠比、生物量扩展因子三个缺省数据进行计算，计算公式如下：
式中， w base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积林木生物量； WD j 为树种 j的活立木木材密度； BEF j 为树种 j的活立木树干生物量转换到地上生物量的生物量扩展因子，无量纲； R j 为树种 j的活立木根冠比；
（2.2.3.3）利用林木生物量碳含量将林木生物量换算为碳储量计算碳储量，再利用二氧化碳分析与碳分子的分子量比将碳储量转换为二氧化碳当量，计算公式如下：
式中， c tree_base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积林木生物质碳储量， CF j 为树种 j的活立木碳含量；
所述步骤（2.2.4）中的计算公式如下：
式中， c dw_base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积枯死木碳储量； DF j 为树种 j的基线枯死木碳含量占基线林木生物质碳储量的比例，为缺省值；
式中， c li_base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积枯落物碳储量； f j  ( w j )为树种 j的基线枯落物生物量与基线林木生物质生物量的相关关系，为缺省值；
所述步骤（2.2.6）中的计算公式如下：
式中， c base,i,t 为第 t次监测、第 i碳层基线碳层单位面积碳储量。
进一步的技术方案是，所述步骤（2.3）中的计算公式如下：
式中， c base,t 为第 t次监测基线碳层总碳储量； s base,i,t 为第 i碳层基线碳层图斑面积。
进一步的技术方案是，所述步骤（3.2）中的具体步骤如下：
（3.2.1）对更新的遥感影像进行预处理后，获取本监测其内土地类型发生变化的图斑，确定变化图斑编号、边界、面积，初判变化原因，质检保证无重叠图斑和细碎图斑；
（3.2.2）收集档案资料，对有档案资料支撑的变化图斑采用资料核实方式，室内确认现状地类、变化原因及现状林分因子、管理因子、项目活动因子；对无档案资料支撑的变化图斑采用外业调查方式，现地调查确认现状地类、变化原因及现状林分因子、管理因子、项目活动因子，并对地类、变化原因等重要调查因子不一致的图斑进行细化并填写调查因子；
（3.2.3）使用遥感变化图斑数据库对前期碳层图斑数据库进行图形更新和属性更新，对更新结果进行属性逻辑和空间拓扑质检，保证逻辑正确，无重叠、空隙和多部件拓扑错误，并使用GIS软件对各碳层图斑面积重新求算，形成项目碳层现状数据库，得到用于项目碳层总处理计量的最新碳层图斑面积；
（3.2.4）使用前期碳层图斑数据库和项目碳层现状数据库图形上进行空间联合，属性因子增加变化原因、变更依据和变更时间，按照变化数据库属性质检逻辑进行完善和填写，形成项目碳层变化数据库。
进一步的技术方案是，所述步骤（3.3）中的具体步骤如下：
（3.3.1）项目样地设计；
（3.3.2）项目物联网样地监测；
（3.3.3）项目单位面积林木生物质碳储量计算：采用生物量扩展因子法计算项目单位面积林木生物质碳储量；
（3.3.4）项目单位面积枯死木碳储量计算：根据步骤（3.3.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算项目单位面积枯死木碳储量；
（3.3.5）项目单位面积枯落物碳储量计算：根据步骤（3.3.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算项目单位面积枯落物碳储量；
（3.3.6）项目单位面积温室气体排放计算：综合项目边界内森林火灾引起生物质燃烧造成的温室气体排放，包括林木生物质和死有机物两部分，计算公式如下：
式中， GHG current,i,t 为第 t次监测、第 i碳层温室气体排放的增加量； GHG tree_current,i,t 为第 t次监测、第 i碳层由于森林火灾引起林木生物质燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量； GHG dom_current,i,t 为第 t次监测，第 i碳层由于森林火灾引起死有机物燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量；
森林火灾引起林木生物质燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量，使用上一次监测时的林木生物量和燃烧因子进行计算，计算公式如下：
式中， w tree_curent,i,t-1 为第 t-1次监测，第 i碳层的单位面积林木生物量； COMF i 为第 i碳层燃烧指数，针对每个植被类型，为缺省值； EF CH4,i 为第 i碳层CH4排放指数； GWP CH4  为将CH4转为CO2当量，缺省为25； EF  N2 O,i 为第 i碳层N2O排放指数； GWP N2 O 为将N2O转为CO2当量，缺省为298；
式中， c dw_curent,i,t-1 为第 t-1次监测，第 i碳层的枯死木单位面积生物量； c li_curent,i,t-1 为第 t-1次监测，第 i碳层的枯落物单位面积生物量；
（3.3.7）项目碳层单位面积碳储量计算：项目碳层单位面积碳储量为所有树种林木生物质、枯死木和枯落物碳储量的总和，减去温室气体排放，计算公式如下：
式中， c base,i,t 为第 t次监测、第 i碳层基线碳层单位面积碳储量；
进一步的技术方案是，所述步骤（3.4）中的计算公式如下：
式中， c current,t 为第 t次监测项目碳层总碳储量； s current,i,t 为第 i碳层项目碳层图斑面积。
进一步的技术方案是，所述步骤（4）中的总碳储量为项目碳层总碳储量同基线碳层碳储量的差值，计算公式如下：
式中， c t 为第 t次监测的总碳储量。
碳变化量为一定监测周期内碳储量变化量，计算公式如下：
式中， Δc t2,t1  为第 t 1次监测至第 t 2次监测时间内碳储量变化量； c t2  为第 t 2次监测的总碳储量； c t1 为第 t 1次监测的总碳储量， t 2、 t 1为监测周期，监测周期依据物联网监测样地设定。
相比于现有技术，本发明具有以下优势：
（1）监测成本低，测量精度高：对基线和项目单位面积碳储量监测均通过物联网样地周期性完成，无需重复调查，监测工作主要由室内完成，大幅缩减监测成本。由于样木胸径的测量由树径测量传感器自动完成，避免人工测量时的各种错误情况，提升测量精度，杜绝数据编造情况。
（2）监测时效性显著提升，动态反应碳储量变化：本发明中物联网样地监测采用低功耗设计，设计使用“一天一次，按周回传”的方式可连续监测10年，使监测时效性显著提升。由于对基线和项目活动均是动态监测，没有采用线性化处理，实时反应项目区域内碳储量变化量，还可以体现出碳储量量随林分结构、季节、气候的动态变化情况。
（3）测量结果可信，泛化能力强，适合大规模推广：本发明对通过物联网样地获取单位面积碳储量的方法同人工测量原理一致而精度更高，方法可靠结果可信，在人力可及的监测范围内均可以部署实时，动态监测不受气候、环境等客观环境和遥感定量反演、点云数据后处理方法等技术方法的约束，泛化能力强，适合大规模推广。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一种实施方式所涉及的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法的流程示意图；
图2为本发明一种实施方式所涉及的基线碳层单位面积碳储量物联网监测的流程示意图；
图3为本发明一种实施方式所涉及的项目碳层遥感变化监测的流程示意图；
图4为本发明一种实施方式所涉及的项目碳层单位面积碳储量物联网监测的流程示意图。
实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
本发明实施例如下，参照图1，一种碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，包括如下步骤：
（1）项目边界监测：按照碳汇造林和森林经营碳汇项目编制的营造林作业设计，参照作业（施工）设计图，使用GPS、遥感、地形图为辅助，以项目实际边界为准动态确定项目边界；
（2）基线物联网监测：
（2.1）基线碳层划分和面积计算：在项目边界范围内，按照项目实施前林分类型划分基线碳层。林分类型包括但不限于优势树种、郁闭度、起源、龄组、地形地貌。依据基线碳层划分标准，参照作业（施工）设计图，使用遥感影像、地形图为辅助，区划各基线碳层图斑边界，使用GIS软件计算各基线碳层图斑面积。基线碳层图斑边界划定后将不在改变，面积也固定不变；
（2.2）基线碳层单位面积碳储量物联网监测：设计并部署基线物联网样地，动态监测基线碳层单位面积林分生物质、基线碳层单位面积枯死木、基线碳层单位面积枯落物，汇总计算基线碳层单位面积碳储量；如图2，具体步骤如下：
（2.2.1）基线样地设计：
依据项目范围和精度要求，选择样地布设方案，确定样地数量和样地大小。
样地设计原则：对于项目范围大，精度要求高的项目，采用随机起点、系统布点的机械抽样方案。对于项目范围小，精度要求不高的项目，依据碳层面积大小分配样地数量，采用典型抽样方案，选取代表性强，均匀布设样地在碳层图斑内。
样地数量设计如下：
对于机械抽样方案，样地数量计算公式如下：
式中： n为项目边界内项目总体样地数量； t为可靠性指数； Y为预估生物质碳储量变动系数； E为抽样允许相对误差；
调查精度要求为90%可靠性水平下抽样精度达到90%。
对于典型抽样方案，样地分配表如表1：
样地大小设计：样地面积为0.04-0.06公顷，本发明中样地大小建议为方形样地，面积1亩，即0.0667公顷。
（2.2.2）基线物联网样地监测：按照设定样地，使用树径测量传感器固定于样地样木胸径处，通过无线网络同通信网关连接，并通过移动通信网络或是北斗短报文回传服务器，通过低功耗长期运行实现样地各碳库监测；
具体步骤如下：（a）样地周界测量完成后，采用之字形路线对每株样木的胸径位置固定树径测量传感器并录入样木树种、样木类型信息，在样地中央固定通信网关。
（b）通信网关获取各树径测量传感器采集数据和时钟同步后，将存储信息通过移动通信网络或是北斗短报文回传服务器，成果后断开同树径测量传感器连接进入休眠状态。
（c）树径测量传感器在无通信网关连接情况下自动进入休眠状态；
（d）通信网关和树径测量传感器在设定的唤醒时间、唤醒时长和唤醒频率下自动唤醒，完成步骤（b）和（c），直至监测周期结束。
（2.2.3）基线单位面积林木生物质碳储量计算：采用生物量扩展因子法计算基线单位面积林木生物质碳储量；具体步骤如下：
（2.2.3.1）根据步骤（2.2.1）中物联网样地采集的样地内样木树种、胸径和立木类型数据，计算各树种单位面积活立木材积，使用本区域一元材积表计算，将直径作为自变量，材积作为因变量进行计算，计算公式如下：
式中， v base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积活立木材积； d k,i,j,t 为第 t次监测，第 i碳层树种 j的第 k株样木胸径； s为样地面积； f j 为本树种 j的一元材积经验方程式； j为树种 j； k为第 k株样木； t为第 t次监测； i为第 i碳层;
（2.2.3.2）使用生物量扩展因子法计算生物量，材积作为自变量，生物量作为因变量，查表获取木材密度、根冠比、生物量扩展因子三个缺省数据进行计算，计算公式如下：
式中， w base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积林木生物量； WD j 为树种 j的活立木木材密度； BEF j 为树种 j的活立木树干生物量转换到地上生物量的生物量扩展因子，无量纲； R j 为树种 j的活立木根冠比；
（2.2.3.3）利用林木生物量碳含量将林木生物量换算为碳储量计算碳储量，再利用二氧化碳分析与碳分子的分子量比将碳储量转换为二氧化碳当量，计算公式如下：
式中， c tree_base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积林木生物质碳储量， CF j 为树种 j的活立木碳含量；
（2.2.4）基线单位面积枯死木碳储量计算：根据步骤（2.2.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算基线单位面积枯死木碳储量；计算公式如下：
式中， c dw_base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积枯死木碳储量； DF j 为树种 j的基线枯死木碳含量占基线林木生物质碳储量的比例，为缺省值；
（2.2.5）基线单位面积枯落物碳储量计算：根据步骤（2.2.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算基线单位面积枯落物碳储量；计算公式如下：
式中， c li_base,i,j,t 为第 t次监测、第 i碳层树种 j的基线单位面积枯落物碳储量； f j  ( w j )为树种 j的基线枯落物生物量与基线林木生物质生物量的相关关系，为缺省值；
（2.2.6）基线碳层单位面积碳储量计算：将所有树种林木生物质、枯死木和枯落物的碳储量进行加和；计算公式如下：
式中， c base,i,t 为第 t次监测、第 i碳层基线碳层单位面积碳储量。
（2.3）基线碳层总碳储量计算：利用基线碳层单位面积碳储量乘以各碳层图斑面积，获取基线碳层总碳储量；计算公式如下：
式中， c base,t 为第 t次监测基线碳层总碳储量； s base,i,t 为第 i碳层基线碳层图斑面积。
（3）项目监测：
（3.1）项目碳层划分：在项目边界范围内，按照项目活动类型划分项目碳层；项目活动类型包括造林、结构调整、树种更替、补植补造、林分抚育、复壮和综合措施，并可以依据行政单元、权属、地形地貌进一步进行细化。在动态监测过程中，依据项目碳层遥感变化监测情况，对项目碳层进行动态调整，例如发生森林火灾，对火灾区域单独划分碳层图斑。
（3.2）项目碳层遥感变化监测：当获取到最新遥感影像时，开展两期遥感影像的变化图斑检测，通过变化图斑判读、验证核实，实现项目碳层图斑更新和变化生成，获取项目碳汇的现状数据库和变化数据库，得到用于项目碳层总处理计量的最新碳层图斑面积；如图3，具体步骤如下：
（3.2.1）对更新的遥感影像进行预处理后，获取本监测其内土地类型发生变化的图斑，确定变化图斑编号、边界、面积，初判变化原因，质检保证无重叠图斑和细碎图斑；
（3.2.2）收集档案资料，对有档案资料支撑的变化图斑采用资料核实方式，室内确认现状地类、变化原因及现状林分因子、管理因子、项目活动因子；对无档案资料支撑的变化图斑采用外业调查方式，现地调查确认现状地类、变化原因及现状林分因子、管理因子、项目活动因子，并对地类、变化原因等重要调查因子不一致的图斑进行细化并填写调查因子；结合室内和外业调查成果，形成调查因子填写完整，属性逻辑正确的遥感变化图斑数据库。
（3.2.3）使用遥感变化图斑数据库对前期碳层图斑数据库进行图形更新和属性更新，对更新结果进行属性逻辑和空间拓扑质检，保证逻辑正确，无重叠、空隙和多部件拓扑错误，并使用GIS软件对各碳层图斑面积重新求算，形成项目碳层现状数据库，得到用于项目碳层总处理计量的最新碳层图斑面积；
（3.2.4）使用前期碳层图斑数据库和项目碳层现状数据库图形上进行空间联合，属性因子增加变化原因、变更依据和变更时间，按照变化数据库属性质检逻辑进行完善和填写，形成项目碳层变化数据库。
（3.3）项目碳层单位面积碳储量物联网监测：按照遥感变化监测调整后的项目碳层，设计部署项目物联网样地，动态监测项目碳层单位面积林分生物质、项目碳层单位面积枯死木、项目碳层单位面积枯落物和项目温室气体排放，汇总计算基线碳层单位面积碳储量；如图4，具体步骤如下：
（3.3.1）项目样地设计：依据项目范围和精度要求，选择样地布设方案，确定样地数量和样地大小。按照同基线相同的样地设计原则和样地数量计算方法，设计和布设样地。样地大小同基线一致。
（3.3.2）项目物联网样地监测：布设方法和流程同基线一致；
（3.3.3）项目单位面积林木生物质碳储量计算：采用生物量扩展因子法计算项目单位面积林木生物质碳储量；计算方法同基线一致。
（3.3.4）项目单位面积枯死木碳储量计算：根据步骤（3.3.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算项目单位面积枯死木碳储量；计算方法同基线一致。
（3.3.5）项目单位面积枯落物碳储量计算：根据步骤（3.3.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算项目单位面积枯落物碳储量；计算方法同基线一致。
（3.3.6）项目单位面积温室气体排放计算：综合项目边界内森林火灾引起生物质燃烧造成的温室气体排放，包括林木生物质和死有机物两部分，计算公式如下：
式中， GHG current,i,t 为第 t次监测、第 i碳层温室气体排放的增加量； GHG tree_current,i,t 为第 t次监测、第 i碳层由于森林火灾引起林木生物质燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量； GHG dom_current,i,t 为第 t次监测，第 i碳层由于森林火灾引起死有机物燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量；
森林火灾引起林木生物质燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量，使用上一次监测时的林木生物量和燃烧因子进行计算，计算公式如下：
式中， w tree_curent,i,t-1 为第 t-1次监测，第 i碳层的单位面积林木生物量； COMF i 为第 i碳层燃烧指数，针对每个植被类型，为缺省值； EF CH4,i 为第 i碳层CH4排放指数； GWP CH4  为将CH4转为CO2当量，缺省为25； EF  N2 O,i 为第 i碳层N2O排放指数； GWP N2 O 为将N2O转为CO2当量，缺省为298；
式中， c dw_curent,i,t-1 为第 t-1次监测，第 i碳层的枯死木单位面积生物量； c li_curent,i,t-1 为第 t-1次监测，第 i碳层的枯落物单位面积生物量；
（3.3.7）项目碳层单位面积碳储量计算：项目碳层单位面积碳储量为所有树种林木生物质、枯死木和枯落物碳储量的总和，减去温室气体排放，计算公式如下：
式中， c base,i,t 为第 t次监测、第 i碳层基线碳层单位面积碳储量；
（3.4）项目碳层总碳储量计算：项目碳层单位面积碳储量乘以各碳层图斑面积，获取项目碳层总碳储量；计算公式如下：
式中， c current,t 为第 t次监测项目碳层总碳储量； s current,i,t 为第 i碳层项目碳层图斑面积。
（4）总碳储量和碳变化量监测：计算项目边界内本次监测周期的总碳储量，以及单位时间碳变化量；总碳储量为项目碳层总碳储量同基线碳层碳储量的差值，计算公式如下：
式中， c t 为第 t次监测的总碳储量。
碳变化量为一定监测周期内碳储量变化量，计算公式如下：
式中， Δc t2,t1  为第 t 1次监测至第 t 2次监测时间内碳储量变化量； c t2  为第 t 2次监测的总碳储量； c t1 为第 t 1次监测的总碳储量， t 2、 t 1为监测周期，监测周期依据物联网监测样地设定。
（5）判断监测结束和周期监测：按物联网监测样地设定时间进行周期化运行和监测，若全部停止对项目边界、基线、项目活动监测并导致项目撤除，则监测结束。
服务器对基线碳层单位面积碳储量物联网样地和项目碳层单位面积碳储量物联网样地的通信网关采用统一授时和设定相同监测周期，进而通信网关对各树径测量传感器的唤醒时间、唤醒时长、唤醒频率也相同。保证项目基线和项目活动同频同时。
在新的监测周期中，由于基线碳层和面积不发生变化，通过基线碳层单位面积碳储量物联网样地获取实时基线碳层单位面积碳储量，计算获取本周期基线碳层总储量。获取新遥感影像则通过项目碳层遥感变化监测更新项目碳层面积，并通过项目碳层单位面积碳储量物联网样地获取实时项目碳层单位面积碳储量，计算获取本周期项目碳层总储量。未获得新遥感影像，则继续使用上期项目碳层面积进行计算本周期项目碳层总储量，最后获取本监测周期总碳储量和碳变化量。
本发明针对碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇计量和监测过程中普遍存在监测成本高、精度低、时效性差和泛化能力弱的缺点，提供了一种碳汇造林和森林经营碳汇项目动态监测方法，通过对基线和项目活动布设碳层单位面积碳储量物联网监测样地动态获取基线和项目单位面积碳储量，结合基线碳层划分和面积计算，以及项目碳层遥感变化监测动态更新项目碳层面积，动态周期性获取碳汇造林和森林经营碳汇项目边界内基线碳层总碳储量、项目碳层总碳储量及总碳储量和碳变化量，显著提升碳汇造林和森林经营碳汇项目监测时效性和精度，降低监测成本适合大规模推广使用。
需说明的本发明碳汇计量中只考虑林木生物质、枯死木、枯落物的碳储量及变化，忽略灌木、土壤有机碳和木产品碳库。本发明碳汇造林和森林经营碳汇项目活动无潜在泄露，识为0。
对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）项目边界监测：确定项目边界；
（2）基线物联网监测：
（2.1）基线碳层划分和面积计算；
（2.2）基线碳层单位面积碳储量物联网监测：设计并部署基线物联网样地，动态监测基线碳层单位面积林分生物质、基线碳层单位面积枯死木、基线碳层单位面积枯落物，汇总计算基线碳层单位面积碳储量；
（2.3）基线碳层总碳储量计算：利用基线碳层单位面积碳储量乘以各碳层图斑面积，获取基线碳层总碳储量；
（3）项目物联网监测：
（3.1）项目碳层划分：在项目边界范围内，按照项目活动类型划分项目碳层；
（3.2）项目碳层遥感变化监测：开展两期遥感影像的变化图斑检测，通过变化图斑判读、验证核实，实现项目碳层图斑更新和变化生成，获取项目碳汇的现状数据库和变化数据库，得到用于项目碳层总处理计量的最新碳层图斑面积；
（3.3）项目碳层单位面积碳储量物联网监测：按照遥感变化监测调整后的项目碳层，设计部署项目物联网样地，动态监测项目碳层单位面积林分生物质、项目碳层单位面积枯死木、项目碳层单位面积枯落物和项目温室气体排放，汇总计算基线碳层单位面积碳储量；
（3.4）项目碳层总碳储量计算：项目碳层单位面积碳储量乘以各碳层图斑面积，获取项目碳层总碳储量；
（4）总碳储量和碳变化量实时监测：计算项目边界内本次监测周期的总碳储量，以及单位时间碳变化量；
（5）判断监测结束和自动周期监测：按物联网监测样地设定时间进行周期化运行和监测，若全部停止对项目边界、基线、项目活动监测并导致项目撤除，则监测结束。
2.根据权利要求1所述的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（2.2）的具体步骤如下：
（2.2.1）基线样地设计；
（2.2.2）基线物联网样地监测：按照设定样地，使用树径测量传感器固定于样地样木胸径处，监测并采集样木胸径及生长状况，实现样地各碳库监测；
（2.2.3）基线单位面积林木生物质碳储量计算：采用生物量扩展因子法计算基线单位面积林木生物质碳储量；
（2.2.4）基线单位面积枯死木碳储量计算：根据步骤（2.2.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算基线单位面积枯死木碳储量；
（2.2.5）基线单位面积枯落物碳储量计算：根据步骤（2.2.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算基线单位面积枯落物碳储量；
（2.2.6）基线碳层单位面积碳储量计算：将所有树种林木生物质、枯死木和枯落物的碳储量进行加和。
3.根据权利要求2所述的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（2.2.3）的具体步骤如下：
（2.2.3.1）根据步骤（2.2.1）中物联网样地采集的样地内样木树种、胸径和立木类型数据，计算各树种单位面积活立木材积，使用本区域一元材积表计算，将直径作为自变量，材积作为因变量进行计算，计算公式如下：
式中，v base,i,j,t 为第t次监测、第i碳层树种j的基线单位面积活立木材积；d k,i,j,t 为第t次监测，第i碳层树种j的第k株样木胸径；s为样地面积；f j 为本树种j的一元材积经验方程式；j为树种j；k为第k株样木；t为第t次监测；i为第i碳层;
（2.2.3.2）使用生物量扩展因子法计算生物量，材积作为自变量，生物量作为因变量，查表获取木材密度、根冠比、生物量扩展因子三个缺省数据进行计算，计算公式如下：
式中，w base,i,j,t 为第t次监测、第i碳层树种j的基线单位面积林木生物量； WD j 为树种j的活立木木材密度；BEF j 为树种j的活立木树干生物量转换到地上生物量的生物量扩展因子，无量纲；R j 为树种j的活立木根冠比；
（2.2.3.3）利用林木生物量碳含量将林木生物量换算为碳储量计算碳储量，再利用二氧化碳分析与碳分子的分子量比将碳储量转换为二氧化碳当量，计算公式如下：
式中，c tree_base,i,j,t 为第t次监测、第i碳层树种j的基线单位面积林木生物质碳储量，CF j 为树种j的活立木碳含量；
所述步骤（2.2.4）中的计算公式如下：
式中，c dw_base,i,j,t 为第t次监测、第i碳层树种j的基线单位面积枯死木碳储量；DF j 为树种j的基线枯死木碳含量占基线林木生物质碳储量的比例，为缺省值；
所述步骤（2.2.5）中的计算公式如下：
式中，c li_base,i,j,t 为第t次监测、第i碳层树种j的基线单位面积枯落物碳储量；f j  (w j )为树种j的基线枯落物生物量与基线林木生物质生物量的相关关系，为缺省值；
所述步骤（2.2.6）中的计算公式如下：
式中，c base,i,t 为第t次监测、第i碳层基线碳层单位面积碳储量。
4.根据权利要求3所述的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（2.3）中的计算公式如下：
式中，c base,t 为第t次监测基线碳层总碳储量；s base,i,t 为第i碳层基线碳层图斑面积。
5.根据权利要求4所述的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（3.2）中的具体步骤如下：
（3.2.1）对更新的遥感影像进行预处理后，获取本监测其内土地类型发生变化的图斑，确定变化图斑编号、边界、面积，初判变化原因，质检保证无重叠图斑和细碎图斑；
（3.2.2）收集档案资料，对有档案资料支撑的变化图斑采用资料核实方式，室内确认现状地类、变化原因及现状林分因子、管理因子、项目活动因子；对无档案资料支撑的变化图斑采用外业调查方式，现地调查确认现状地类、变化原因及现状林分因子、管理因子、项目活动因子，并对地类、变化原因等重要调查因子不一致的图斑进行细化并填写调查因子；
（3.2.3）使用遥感变化图斑数据库对前期碳层图斑数据库进行图形更新和属性更新，对更新结果进行属性逻辑和空间拓扑质检，保证逻辑正确，无重叠、空隙和多部件拓扑错误，并使用GIS软件对各碳层图斑面积重新求算，形成项目碳层现状数据库，得到用于项目碳层总处理计量的最新碳层图斑面积；
（3.2.4）使用前期碳层图斑数据库和项目碳层现状数据库图形上进行空间联合，属性因子增加变化原因、变更依据和变更时间，按照变化数据库属性质检逻辑进行完善和填写，形成项目碳层变化数据库。
6.根据权利要求4所述的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（3.3）中的具体步骤如下：
（3.3.1）项目样地设计；
（3.3.2）项目物联网样地监测；
（3.3.3）项目单位面积林木生物质碳储量计算：采用生物量扩展因子法计算项目单位面积林木生物质碳储量；
（3.3.4）项目单位面积枯死木碳储量计算：根据步骤（3.3.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算项目单位面积枯死木碳储量；
（3.3.5）项目单位面积枯落物碳储量计算：根据步骤（3.3.3）中的计算结果，采用“碳储量变化法”结合“缺省值法”计算项目单位面积枯落物碳储量；
（3.3.6）项目单位面积温室气体排放计算：综合项目边界内森林火灾引起生物质燃烧造成的温室气体排放，包括林木生物质和死有机物两部分，计算公式如下：
式中，GHG current,i,t 为第t次监测、第i碳层温室气体排放的增加量；GHG tree_current,i,t 为第t次监测、第i碳层由于森林火灾引起林木生物质燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量；GHG dom_current,i,t 为第t次监测，第i碳层由于森林火灾引起死有机物燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量；
森林火灾引起林木生物质燃烧造成的非CO2温室气体排放的增加量，使用上一次监测时的林木生物量和燃烧因子进行计算，计算公式如下：
式中，w tree_curent,i,t-1 为第t-1次监测，第i碳层的单位面积林木生物量；COMF i 为第i碳层燃烧指数，针对每个植被类型，为缺省值；EF CH4,i 为第i碳层CH4排放指数；GWP CH4  为将CH4转为CO2当量，缺省为25；EF  N2 O,i 为第i碳层N2O排放指数；GWP N2 O 为将N2O转为CO2当量，缺省为298；
式中，c dw_curent,i,t-1 为第t-1次监测，第i碳层的枯死木单位面积生物量；c li_curent,i,t-1 为第t-1次监测，第碳层的枯落物单位面积生物量；
（3.3.7）项目碳层单位面积碳储量计算：项目碳层单位面积碳储量为所有树种林木生物质、枯死木和枯落物碳储量的总和，减去温室气体排放，计算公式如下：
式中，c base,i,t 为第t次监测、第i碳层基线碳层单位面积碳储量。
7.根据权利要求6所述的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（3.4）中的计算公式如下：
式中，c current,t 为第t次监测项目碳层总碳储量；s current,i,t 为第i碳层项目碳层图斑面积。
8.根据权利要求7所述的碳汇造林和森林经营碳汇项目碳汇动态计量方法，其特征在于，所述步骤（4）中的总碳储量为项目碳层总碳储量同基线碳层碳储量的差值，计算公式如下：
式中，c t 为第t次监测的总碳储量；
碳变化量为一定监测周期内碳储量变化量，计算公式如下：
式中，Δc t2,t1  为第t 1次监测至第t 2次监测时间内碳储量变化量；c t2  为第t 2次监测的总碳储量；c t1 为第t 1次监测的总碳储量，t 2、t 1为监测周期，监测周期依据物联网监测样地设定。
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