卫星对地观测下的森林碳指标监测体系

6卫星对地观测下的森林碳指标监测体系1适用范围本标准规定了卫星对地观测下的森林碳指标体系、森林碳指标遥感监测产品体系和森林碳指标监测技术系统框架要求等。本标准适用于采用卫星对地观测技术进行森林生态系统碳监测相关遥感信息产品的业务化反演生产和森林生态系统碳循环关键过程监测技术系统的建设，为森林碳汇监测、核算、核证、实施、考核以及交易提供量化依据。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T32453-2015卫星对地观测数据产品分类分级规则GB/T17694-2009地理信息术语(ISO/TS19104:2008)ISO/TS19101-2:2008地理信息参考模型第2部分：影像GB/T14950-2009摄影测量与遥感术语GJB2700-1996卫星遥感器术语办造字[2011]18号国家林业局《造林项目碳汇计量与监测指南》发改气候[2012]1668号中华人民共和国《温室气体自愿减排交易管理暂行办法》AR-CM-001-V01碳汇造林项目方法学AR-CM-003-V01森林经营碳汇项目方法学IPCC2006年国家温室气体清单指南IPCC2006年国家温室气体清单指南2019修订版3术语与定义3.1碳源Carbonsource向大气中释放碳的母体，分为自然碳源与人为碳源，其中自然碳源是指自然过程释放二氧化碳、甲烷等温室气体，人为碳源是指人类生产与生活活动释放二氧化碳等温室气体。注：《2006国家温室气体清单指南》中列出四大类人为碳排放源，包括能源、工业过程及产品用途、农业林业和其他土地利用与废弃物。73.2碳汇Carbonsink自然界中碳的寄存体，主要表现为陆地与海洋等吸收并储存二氧化碳的生态系统，包括陆地碳汇（例如森林、耕地、草地等）和海洋碳汇（例如红树林、盐沼、海草床等）。3.3碳达峰Carbonemissionspeak指一个经济体或地区二氧化碳的排放量在某个时间点达到峰值，其核心是碳排放增速持续降低直至负增长。3.4碳中和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。3.5净碳排放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。3.6全球变暖潜值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。3.7二氧化碳当量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。3.8影像Imagery通过电和光学技术将现象表现为影像。注：在本技术标准中，假定现象已经被一种或多种设备（如雷达、照相机、光度计和红外及多光谱扫描仪）感知或探测到。[GB/T17694-2009,定义B.243]3.9遥感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]3.10空间分辨率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,定义3.1.3.2]。3.11时相分辨率Temporalresolution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]。3.12热辐射通量密度Thermalradiantfluxdensity通过单位面积的辐射通量。3.13通量观测网络FLUXNET8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地区代表性植被与大气间的二氧化碳、水汽和热量通量信息，评价各陆地生态系统在区域和全球碳收支中的作用。注：目前FLUXNET包括中国通量网(ChinaFLUX)、美国通量网(AmeriFIux)、欧洲通量网(CarboEurope)、澳洲通量网(OzFlux)、加拿大通量网(Fluxnet-Canada)、日本通量网(AsiaFlux)、韩国通量网(KoFlux)7个主要的区域性通量研究网络。3.14碳汇造林Carbonsequestrationafforestation区别于其它一般定义上的造林活动，根据碳汇造林项目方法学的定义，是以增加森林碳汇为主要目标之一，对造林和林木生长全过程实施碳汇计量和监测而进行的有特殊要求的项3.15林业碳汇项目边界Forestrycarbonsequestrationprojectboundary是指由拥有土地所有权或使用权的项目业主或其他项目参与方实施的碳汇造林项目活动的地理范围。一个项目活动可以在若干个不同的地块上进行，但每个地块都应有特定的地理边界，该边界不包括位于两个或多个地块之间的土地。3.16森林经营碳汇Forestmanagementcarbonsinks根据森林经营方法学，“森林经营”特指通过调整和控制森林的组成和结构，促进森林生长，以维持和提高森林生长量、碳储量及其他生态服务功能，从而增加森林碳汇。主要的森林经营活动包括：结构调整、树种更替、补植补造、林分抚育、复壮和综合措施等。3.17基线碳汇量Baselinecarbonsink基线情景下项目边界内各碳库中的碳储量变化之和。3.18碳库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。3.19森林碳库固碳量Carbonsequestrationinforestcarbonpools分为地上生物固碳量和地下生物固碳量，主要包括土壤层以上以干重表示的木本植被活体的生物固碳量，包括干、桩、枝、皮、种子、花、果和叶以及所有木本植被活根的生物固碳量，但通常不包括难以从土壤有机成分或枯落物中区分出来的细根（直径≤2.0mm）。4缩略语下列缩略语适用于本文件HFCs：氢氟碳化物(Hydrofluorocarbons)PFCs：全氟化碳(Perfluorocarbons)CAS-ESM2：中国科学院地球系统模式(EarthSystemModelVersion2oftheChineseAcademyofSciences)9IPCC：联合国政府间气候变化专门委员会(IntergovernmentalPanelonClimateChange)5卫星对地观测下的森林碳指标监测体系5.1森林碳指标监测体系设计和建设原则森林碳指标监测体系的设计和建设，应符合以下原则：a)科学性：监测指标的设计和产品体系的划分符合国家有关碳汇造林、森林经营碳汇等方法学、标准在内的碳源汇分类科学体系，并能反应卫星遥感数据应用对类别和级别划分的客观需求，符合已经发布的国家标准和国际标准。体系结构清晰，能反映产品、指标、技术系统之间的内在特征与联系。b)可扩展性：体系结构具备可扩展性，首先考虑可以处理目前使用广泛、可标准化程度高的主流遥感数据，同时还应考虑具备对未来一定时期出现的新数据源以及新计算技术的扩展性；c)实用性：指标的设置应简洁明确，技术系统应易于操作。采用新的大数据、云计算等技术，以提高系统运行效率。5.2卫星对地观测下的森林碳指标监测体系的组成森林碳指标监测体系由森林碳指标体系、森林碳指标遥感监测产品体系和空天地一体化森林碳指标监测技术系统三部分组成，见图1所示。a)森林碳指标体系：碳指标监测需求和国内外技术文件规范设置的森林碳源汇监测要素指标。b)森林碳指标遥感监测产品体系：根据森林碳指标监测体系和主流遥感卫星技术而设计的遥感产品体系。c)空天地一体化森林碳指标监测技术系统：为助力国家实现2030碳达峰、2060碳中和、目标而构建的包含天空地一体化数据采集、标准化产品生产、分析以及综合应用各功能在内的技术支撑系统。6森林碳指标体系6.1碳指标体系的组成与指标划分原则卫星对地观测下的碳指标体系，由一级指标和二级指标两个层级组成。6.1.1一级指标根据碳中和核算要素类别，一级指标分为碳源监测指标、碳汇监测指标和净碳汇量监测指标三类：a)碳源监测指标：因开展森林经营所产生的碳排放；b)碳汇监测指标：林地植被吸收并储存二氧化碳的生态系统监测指标。c)净碳汇量监测指标：指由于造林/森林经营活动产生的温室气体收支后的净碳汇量指标；6.1.2二级指标在一级指标的基础上，依据碳源汇目标地物或要素能够利用遥感卫星对地观测技术手段监测获得的原则进行划分得到。二级指标的划分依据以下原则进行：a)碳源监测的二级指标划分：将政府间气候变化专门委员会《IPCC2006年国家温室气体清单指南2019修订版》、碳排放权交易管理办法(试行)_和AR-CM-001-V01《碳汇造林项目方法学》和AR-CM-003-V01《森林经营碳汇项目方法学》中提出的森林主要排放的三种温室气体作为二级监测指标；b)碳汇监测的二级指标划分：基于国家林业局《造林项目碳汇计量与监测指南》（办造字[2011]18号）、AR-CM-001-V01《碳汇造林项目方法学》和AR-CM-003-V01《森林经营碳汇项目方法学》中，有关林地地上生物固碳量、地下生物固碳量以及林地碳库的相关标准开展监测。6.2森林碳指标依据6.1的体系组成与指标划分原则建立森林碳指标体系，包括碳源监测指标、碳汇监测指标和净碳汇量监测指标三类一级指标及相应的二级指标。森林碳指标体系见表1所示。7森林碳指标遥感监测产品体系根据森林碳指标体系的划分，建立卫星对地观测下的森林碳指标遥感监测产品体系，见表2所示。产品体系的基本要求如下：a)产品种类：根据一级指标，将产品分为森林碳源监测产品和森林碳汇监测产品和森林净碳汇量监测产品三类；b)产品：根据二级指标确定具体产品；c)产品类别和级别：根据国家标准确定产品的通用级别和类别，便于标准化生产及交换共享；根据GB/T32453-2015中6.2.2和6.2.4确定各产品的类别及类别标识，根据7.2.6和7.2.8确定各产品的级别及级别标识；d)产品内容：根据二级指标的要求和遥感卫星对地观测的实际能力具体确定观测要素；根据森林碳指标监测的应用需求，产品的空间尺度包含区域/全国、省级、市级和县级四类；e)数据处理与获取要求：数据获取要求规定遥感监测的方式、空间分辨率和时间分辨率；辅助数据包括进行产品生产所需要的其它地基观测数据；核算方法规定各类产品进行数据处理时所采用算法的基本要求。天光谱产品天光谱产品天木品光谱产品天采用《IPCC2006年国家温8空天地一体化森林碳指标监测技术系统框架空天地一体化森林碳指标监测技术系统主要包括天空地一体化数据获取、产品标准化生产、模拟分析与决策支持以及综合应用几个部分，见图2所示。8.1天空地一体化数据获取由对地观测卫星、地面通量观测网络以及森林碳排放观测台站构成天空地一体化的观测网络，获取各类遥感卫星数据、地面温室气体通量观测数据、森林样方数据等，用以下一步进行标准化产品生产。8.2产品标准化生产由森林碳指标体系、森林碳指标监测产品生产系统以及标准化生产规范组成，获得标准化森林碳指标监测产品。8.3模拟分析与决策支持由森林碳监测平台在森林碳指标监测产品和地球系统模型支持下，进行情景模拟和决策分析，定量刻画森林碳循环及其与大气、水等地球系统各部分之间的相互作用过程，通过设置不同的碳中和目标约束（如何减排、如何增汇等），得到最有效、最合理的碳中和路径，为寻找碳中和最优科学路径提供强有力的技术和工具支持。8.4综合应用在森林碳监测平台支持下，开展森林碳排放预警、森林碳汇监测-核算-核证、增汇减排决策、碳交易等应用。（资料性附录）遥感碳中和监测原理及优势A.1遥感监测原理碳排放遥感监测方面：主被动卫星遥感观测大气二氧化碳都是基于碳分子在红外波段的光谱特性。红外吸收光谱反映了红外辐射分子之间的相互作用，即分子由于吸收或反射而引起的振动和旋转状态变化。就大气而言，其主要成分N2和O2在红外（IR）区域是弱吸收体，而痕量气体如CO2、H2O或CH4是有效的吸收体，导致地球温度升高。只有在分子具有改变它们在跃迁期间的偶极矩的能力时，红外辐射的吸收才会发生。目前GOSAT卫星和OCO-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。反演算法的主要组成是前向模型、反演方法和误差分析。碳吸收遥感监测方面：遥感技术在获取大尺度陆表参数等方面具有独特的优势，并且可以从遥感影像上直接获取到重要的生态学特征和生物生长参数，包含了植被面积、净初级生产力、净生态系统生产力等宏观参数，此外还可获取叶面积指数、冠层化学成分、冠层温度、气孔导度、光合有效辐射、植被吸收光和有效辐射、冠层结构、土壤含水量、地表温度等参数。通过遥感反演获取这些物理参数，可直接作为陆地生态系统模型的驱动变量或参量，结合遥感影像上获取的土地覆盖度或植被现状动态信息进行碳汇的研究。森林碳储量遥感监测方面：森林碳储量的估算普遍采用基于森林生物量的计算方法，遥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LIDAR可穿透植被冠层，精确获取植被冠层垂直结构信息，已被广泛用于植被高度/生物量反演。星载LIDAR可应用于全球或大区域尺度的森林生物量估算，机载LIDAR可用于区域或样方尺度的森林生物量估算。利用经验回归模型或非参数算法可直接进行基于多源遥感数据的森林生物量估算。A.2遥感监测优势传统的碳源汇计算主要依赖于地面观测、野外调查、统计数据分析、大气和生态系统模型模拟等方法，但这些方法都存在很大的局限性，比如地面观测的空间代表性不足，野外调查空间样本有限且耗费巨大等。目前，全球监测温室气体的地面观测站点不足300个，并且地区分布很不均匀，大多分布在发达国家和人口稠密地区。虽然观测站点数量仍在不断扩展中，但是其有限的空间代表性，导致定量理解大气温室气体的源汇分布仍存在较大问题。卫星遥感资料可以获得全球和区域的温室气体和陆地碳汇分布，具有稳定、长时间序列、广空间区域等优点，可弥补地基站点的不足，有助于提高对碳源汇和气候变化的认识。自本世纪，国内外相继发射了多颗采用短波红外吸收带作为探测波段的星载温室气体探测器，随着探测仪指标和反演方法的不断改进，探测的环境参数种类将越来越多，精度也将逐步提高。通过发展先进的定量遥感技术，也推进我国自主的天基碳监测体系规划和系统论证，结合多尺度、多维度各型卫星系统，分阶段部署、组网运行，协同服务“双碳”监测整体目标。基于卫星对地观测技术进行双碳相关遥感信息产品的反演，包括碳源（二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等）和森林、森林碳汇监测指标体系的建立和指标的精准量化，为碳交易宏观监测提供量化依据。A.3发展森林碳排放观测构建思路在进行森林碳排放权会计核算体系建设的过程中，首选就应当对企业碳排放量的达标这一目标进行确认。森林碳排放权会计不仅可以减轻自身生产活动过程中的二氧化碳支出，并可由此确定自身所应当承担的环保责任，还有利于林业企业提高经济效益，并为经营者的决策提供有效的财务参考。当前林业企业要求建立森林排放权会计核算体系，主要有两方面：首先，要求林业企业对碳排放权设置财务会计科目，其次则是要求所核算出的结果必须对林业企业的生产和碳排放权交易市场具有指导性。从核算内容的角度来看，林业企业森林排放权会计核算体系的建设首先应当设置相关的会计科目，促进其所反映的会计信息更加全面。其次，在设置详细的会计科目后还需要对会计的后续计量即整个碳排放权交易的市场过程进行相应的处理，不仅是森林碳排放权公允价值发列对版值影响的核算，还包括相关森林维护保养守节用的支出核算。最后，在建立森林碳排放权会计核算制度时还需要对会计核算方法进行合理选择。我国林业企业在获取相关森林碳排放权时，最先需要确认其会计属性。森林碳排放权作为一种自然资源存在一定的价值，并且在相关技术和方法的支持下进行准确的计量，同时可以通过市场的交易从而给企业带来一定的收入，所以森林碳排放权在相关概念上属于无形资产的范畴。其次，就森林碳排放权的入账而言，存在三种方式，分别为通过市场的价格支付从第三方取得相应的森林碳排放权资产，通过政府的无偿赠与取得和林业企业拥有的林木实体发生光合作用所取得的森林碳排放权资产。林业企业在进行相关业务的会计分录编制时，首先应该增加新的会计科目。（资料性附录）目前国内外碳卫星参数目前国内外主要碳卫星参数见表B.1。表B.1国内外主要碳卫星参数卫星传感器运行期重访周期空间分辨光谱分辨误差范围ENVISAT欧洲SCIAMACHY2002-201230