TCI 090-2022 卫星对地观测下的森林碳指标监测体系

PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIIICS CCS M50/59团 体 标 准T/CI090-2022体系Forestcarbonindexmonitoringsystemundersatelliteearthobservation2022-10-24发布 2022-10-24实施中国国科技促会 发布前 言本标准按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》起草；本标准由中国国际科技促进会标准化工作委员会提出。本标准由中国国际科技促进会归口。北京)北京福建天津（）（深圳）（山东鏈鏈鏈鏈II目次前言 II引言 V1适范围 12规性用件 13术与义 14缩语 4监体分原则 5卫对观下森碳指体系 5卫对观下森碳指遥监产体系 7附录A（料附）空天一化林指监测术系 13空地体观统 13森生系碳过程型 13综应用 14附录B资性录）遥感中监原及势 15遥监原理 15遥监优势 15附录C（料附）目前内碳星数 16参考献 18IV引言2020922“2030206040图1展示了本标准服务国家双碳战略的重要定位。图1卫星对地观测下的森林碳指标监测体系服务国家双碳战略关系图V卫星对地观测下的森林碳指标监测体系适用范围规范性引用文件（AR-CM-001-V01AR-CM-003-V01GB/T32453-2015GB/T17694-2009(ISO/TS19104:2008)GB/T14950-2009GJB2700-1996IPCC2006年国家温室气体清单指南2019修订版ISO/TS19101-2:2008地理信息参考模型第2部分：影像T/CMSA0027-2022T/C001-2022办造字[2011]18号国家林业局《造林项目碳汇计量与监测指南》术语与定义Carbonsource《2006[T/C001-2022,3.1]Carbonsink）（）。[T/C001-2022,3.2]1Carbonemissionspeak[T/C001-2022,3.3]Carbonneutral通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现碳收支平衡。[T/C001-2022,3.4]Netcarbonemissions在一定时间内特定区域的生态系统的生物碳吸收输入与碳排放输出的收支状况。[T/C001-2022,3.5]Globalwarmingpotential表示一定质量的温室气体所捕获得到的热量相对于同样质量的CO2所捕获的热量之比。[T/C001-2022,3.6]Carbondioxideequivalence通过把某一温室气体的质量（吨数）乘以其全球变暖潜能值(GWP)后得出的值，用CO2来表示。[T/C001-2022,3.7]Imagery通过电和光学技术将现象表现为影像。[GB/T17694-2009,B.243]Remotesensing在不直接接触物体的情况下，收集、解释目标信息的技术。[ISO/TS19101-2:2008,定义4.33]Spatialresolutiona.遥感系统能区分的两个邻近目标之间的最小角度间隔或线性间隔；b.微波遥感器的天线主波束宽度所覆盖的地域大小。[GJB2700-1996,3.1.3.2]。resolution即重访周期，遥感器为测量目标随时间的变化而对同一景物重复观测的最小时间间隔。[GJB2700-1996,定义3.1.3.7]。Thermalradiantfluxdensity通过单位面积的辐射通量。2[T/C001-2022,3.12]FLUXNET国际上启动的地面碳水循环和碳水通量的实验观测研究网络，利用微气象技术获取某注：目前FLUXNET包括中国通量网(ChinaFLUX)、美国通量网(AmeriFIux)、欧洲通量网(OzFlux)(Fluxnet-Canada)(AsiaFlux)、(KoFlux)7[T/C001-2022,3.13]Carbonsequestrationafforestation[AR-CM-001-V01,定义4]Carbonpool包括地上生物量、地下生物量、枯落物、枯死木和土壤有机质碳库。[AR-CM-001-V01,定义4]ForestbiomassGrossprimaryproductivity(GPP)在单位时间和单位面积上，绿色植物通过光合作用所固定的有机碳总量。[T/CMSA0027-2022,定义3.10]Netprimaryproductivity(NPP)单位时间内植物通过光合作用所吸收的碳除去植物自养呼吸的碳损耗所剩余的部分。[T/CMSA0027-2022,3.11]Netecosystemproduction(NEP)[T/CMSA0027-2022,3.16]Soilorganiccarbon）Forestbiomass3Forestdisturbance影响森林生长过程的因素或事件，如自然干扰，如野火、昆虫爆发或强风。ClumpingindexLeafareaindexLightuseefficiency表征森林通过光合作用将所截获/吸收的能量转化为有机碳的效率。受森林分布和气候环境的综合影响，光能利用率表现出显著的空间异质性和时间动态性。Canopychlorophyllcontent表征植被总体光合生产能力的差异。Sun-inducedchlorophyllfluorescence植物在太阳光照条件下，由光合中心发射出的光谱信号(650—800nm)，具有红光(690nm左右)和近红外(740nm左右)两个波峰，直接反映植物实际光合作用的动态变化。Maximumcarboxylationrate植物叶片在单位时间单位面积固定的最大CO2摩尔数，表征在碳反应过程中由Rubisco酶催化的最大羧化反应速率。Fractionofabsorbedphotosyntheticallyactiveradiation与植被结构有关的冠层光学参数，太阳入射光和有效辐射被植被冠层拦截并吸收的比例。缩略语下列缩略语适用于本文件AVIM：大气-植被相互作用模型(Atmosphere–VegetationInteractionModel)BRDF：双向反射分布函数(BidirectionalReflectanceDistributionFunction)CASA：卡内基-阿姆斯-斯坦福方法(Carnegie-Ames-StanfordApproach)CEVSA-ES：生态系统服务评估过程模型（carbonexchangebetweenvegetation，soilandatmosphere–Ecosystemservices)DEM：数字地面模型(DigitalTerrainModel)HS：高光谱数据产品(HyperspectralDataProduct)IPCC：联合国政府间气候变化专门委员会(IntergovernmentalPanelonClimateChange)LR：激光雷达数据产品(LaserRadarDataProduct)MS：多光谱数据产品(MultispectralDataProduct)4MW：微波数据产品(MicrowaveDataProduct)NDVI：归一化差异植被指数(NormalizedDifferenceVegetationIndex)监测体系分级原则依据GB/T32453-2015《卫星对地观测数据产品分类分级规则》第5章对地观测数据分类分级原则，结合碳中和背景下的森林遥感碳指标监测需求，制定以下体系分级原则：卫星对地观测下的森林碳指标体系卫星对地观测下的森林碳指标体系根据碳中和核算要素分为森林温室气体浓度监测指IPCC20062019修订AR-CM-001-V01AR-CM-003-V01（卫星对地观测下的森林碳指标体系见表1，各指标间层次关系见图2。5PAGEPAGE6表1卫星对地观测下的森林碳指标体系一级指标二级指标森林温室气体浓度监测指标二氧化碳CO2浓度甲烷CH4浓度氧化亚氮N2O浓度森林生态系统碳通量和碳储量参数指标总初级生产力净初级生产力净生态系统生产力土壤有机碳库森林生物量森林扰动碳损失森林火灾碳损失森林生态系统碳循环模型关键参数森林覆盖率植被聚集指数森林冠层高度叶面积指数光能利用率冠层叶绿素含量日光诱导叶绿素荧光植物叶片最大羧化速率光合有效辐射吸收比例图2森林碳指标关系图卫星对地观测下的森林碳指标遥感监测产品体系12，A其中，根据GB/T32453-2015《卫星对地观测数据产品分类分级规则》中6.2.2和6.2.4确定各产品的类别及类别标识，便于标准化生产及交换共享。PAGEPAGE10表2卫星对地观测下的森林碳指标遥感监测产品体系产品种类产品产品类别数据获取与处理要求卫星对地观测原始数据及传感器主要参数辅助数据常用计算方法森林温室气体浓度监测指标二氧化碳CO2浓度高光谱产品（HS）高光谱遥感数据，空间分辨率优于1公里，重访周期不超过2天地微观站点温室气体监测数据、气象数据等潜值计算各温室气体的二氧化碳当量甲烷CH4浓度氧化亚氮N2O浓度总初级生产力波数据产品（MW）多源遥感监测，空间分辨率优于1公里，重访周期小于8天地基通量观测网络数据、气象数据、DEM数据以及土地利用数据等AVIM、CEVSA-ES与遥感植被指数的经验关系。森林生态系统碳通量和碳储量参数监测数据产品净初级生产力多光谱产品（MS）多源遥感监测，空间分辨率优于1公里，重访周期小于8天地基通量观测网络数据、气象数据、DEM数据以及土地利用数据等利用CASA等光能利用率模型,结合辅助数据，估算净初级生产力净生态系统生产力多光谱产品（MS）多源遥感监测，空间分辨率优于1公里，重访周期小于8天地基通量观测网络数据、气象数据、DEM数据以及土地利用数据等利用CASA等光能利用率模型、各碳库土壤异养呼吸模型，结合辅助数据建立日步长的机理性生态模型估算净生态系统生产力数据获取与处理要求产品种类产品产品类别卫星对地观测原始数据及传感器主要辅助数据常用计算方法参数土壤有机碳库波数据产品（MW）多源遥感监测，空间分辨率优于1公里，重访周期小于8天地基通量观测网络数据、气象数据、DEM数据等初级生产力驱动过程模型模拟表层土壤有机碳库的时空演变过程森林生物量波数据产品（MW）、激光雷达数据产品多源遥感监测，空间分辨率优于1公里，重访周期小于8天地面核查数据、气候数以星载激光雷达提取的森林高度和垂直分布数据为主要数据源，联合光学（LR）无人机激光雷达遥感，空间分辨率优于1米，按需监测据、地形数据地形数据等，针对不同森林类型和生态地理分区分别构建森林生物量反演模型森林扰动碳损失激光雷达数据产品（LR）多源遥感监测，空间分辨率优于1公里地面核查数据基于星载激光雷达与雷达干涉相结合估算碳损失产品种类产品产品类别数据获取与处理要求卫星对地观测原始数据及传感器主要参数辅助数据常用计算方法森林火灾碳损失多光谱产品（MS）/1天；无人机热红外遥感，空间分辨率优于1米，按需监测地基通量观测网络数据、地面核查数据等利用遥感数据提取燃烧面积，采用遥感反演与生物地球化学模型相结合的方法估算燃料容载量和燃烧效率，建立火灾碳排放估算模型计算森林火灾碳排放的二氧化碳当量森林生态系统碳循环模型关键参数森林覆盖率多光谱产品（MS）多光谱遥感监测，空间分辨率优于500米地面核查数据基于植被指数的构建线形混合模型反演植被覆盖率植被聚集指数多光谱产品（MS）多光谱遥感监测，空间分辨率优于500米地面核查数据利用最优的BRDF模型，结合辅助数据估算植被聚集指数森林冠层高度激光雷达数据产品（LR）多源遥感监测，空间分辨率优于1公里，重访周期小于8天无人机激光雷达遥感，空间分辨率优于1米，按需监测地面核查数据、气候数据、地形数据以星载激光雷达的回波数据为主要数据源，联合光学遥感数据、微波遥感数据、气候数据、地形数据等，针对不同森林类型和生态地理分区分别构建森林冠层高度反演模型产品种类产品产品类别数据获取与处理要求卫星对地观测原始数据及传感器主要参数辅助数据常用计算方法叶面积指数多光谱产品（MS）多光谱遥感监测，空间分辨率优于500米地面核查数据利用基于植被指数的经验关系方法或基于物理模型方法，拟合遥感观测的植被指数与叶面积指的经验关系，简化冠层辐射传输过程光能利用率多光谱产品（MS）多光谱遥感监测，空间分辨率优于500米地基通量观测网络数据考虑光照散射条件对光能利用率的影响,结合辅助数据,利用参数优化方法建立不同植被类型的光能利用率估算模型冠层叶绿素含量多光谱产品（MS）多光谱遥感监测，空间分辨率优于100米地面核查数据基于辐射传输模型特征波段构建一元线性回归和神经网络叶绿素含量反演模型日光诱导叶绿素荧光多光谱产品（MS）多光谱遥感监测，空间分辨率优于1公里地面核查数据基于夫琅和费线提取算法等，利用遥感统计方法反演得到叶绿素荧光信息植物叶片最大羧化速率多光谱产品（MS）多光谱遥感监测，空间分辨率优于1公里地面核查数据基于叶片叶绿素含量构建植物叶片最大羧化速率遥感反演模型产品种类产品产品类别数据获取与处理要求卫星对地观测原始数据及传感器主要参数辅助数据常用计算方法光合有效辐射吸收比例多光谱产品（MS）多光谱遥感监测，空间分辨率优于1公里地面核查数据、气象数据等基于遥感反演植被指数，构建光合有效辐射吸收比例遥感反演的经验方法注：1）遥感监测原理及优势见附录B；2）当前主要碳卫星及传感器参数见附录CPAGEPAGE13附录A（资料性附录）空天地一体化森林碳指标监测技术体系（A.1）（）（无/汇核算方法等关键技术手图A.1空天地一体化森林碳指标监测技术体系框架空天地一体化观测系统卫星遥感观测在碳源/汇核查方面发挥重要作用。我国于2016年发射了第一颗二氧化碳D2022森林生态系统碳循环过程模型综合应用（++保附录B（资料性附录）遥感碳中和监测原理及优势遥感监测原理N2和O2CO2、H2OCH4GOSATOCO-2卫星所使用的反演算法都是利用近红外辐射光谱数据获得廓线浓度加权的柱二氧化碳干空气混合比XCO2感技术在获取大尺度森林类型信息和森林空间结构参数等方面具有独特的优势，其中LIDARLIDARLIDAR遥感监测优势300“（PAGEPAGE16C.1。

附录C（）表C.1国内外主要碳卫星参数卫星国家传感器运行期重访周期空间分辨光谱分辨误差范围（ppm）TanSaT中国CarbonSpec2016-16天20.76-2.084GF-5中国GMI2018-2天10.30.76-1.66-大气环境监测卫星大气一号中国激光雷达2022GF-7中国双线阵相机、激光测高仪等2019-≤60天0.00260.45-1.06-陆地生态系统碳监测卫星中国多角度多光谱相等2022ENVISAT欧洲SCIAMACHY2002-20126天30×600.24-2.4014GOSAT