《卫星对地观测下的草地碳指标监测体系》征求意见稿

ICS

CCS

团体标准

T/CXXX-2023

卫星对地观测下的草地碳指标监测

体系

Grasslandcarbonindexmonitoringsystemundersatelliteearth

observation

（草案）

2023-X-XX发布2023-X-XX实施

中国国际科技促进会发布

I

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；

本标准涉及专利说明如下：某些内容可能涉及专利，本标准的发布机构不承担识别这些

专利的责任。

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。

本标准起草单位：中国科学院空天信息创新研究院、包头市林业和草原局、

国家国防科技工业局重大专项工程中心、中国电子信息产业发展研究院、包头市

畜牧水产推广服务中心、包头市园林科学研究所、中国地质大学（北京）、福建

空天碳智慧科技有限公司、杭州宇驰智能科技有限公司、安华农业保险股份有限

公司内蒙古分公司、笛东规划设计（北京）股份有限公司、南阳师范学院、北京

华通星元科技有限公司、福建闽投碳资产投资有限公司、中国国际金融股份有限

公司、兴业银行股份有限公司、华为技术有限公司、厦门产权交易中心、武夷发

展集团、海峡股权交易中心(福建)有限公司、北京万德福兰科技有限公司、南方

电网综合能源股份有限公司、中国铁塔股份有限公司、北京京能国际能源股份有

限公司、人民电器集团有限公司、内蒙古小草数字生态产业有限公司、内蒙古峰

茂科技创新有限公司、航天宏图信息技术股份有限公司、中科海慧（天津）科技

有限公司、理工清科（北京）科技有限公司、科智绿创产业发展（深圳）集团有

限公司、北京复兴科创信息工程咨询有限公司、新疆华通零碳能源科技有限公司、

中国国际科技促进会碳中和分会、中国通信建设集团有限公司、中国移动通信集

团有限公司系统集成分公司、中国联通智能城市研究院、中国城市发展研究院有

限公司、软通动力信息技术（集团）股份有限公司、北京达峰中和科技有限公司、

北京星空源高科技有限公司、中科探碳（北京）科技有限公司、天勰力（山东）

卫星技术有限公司天津大学、中国农业大学、中国矿业大学（北京）、海南省环

境科学研究院、中国联合网络通信有限公司智能城市研究院、上海龙舟投资管理

有限公司、山东浪潮数字服务有限公司、中国信息通信研究院产业与规划研究所、

II

中化创新(北京)科技研究院、中国国际科技促进会国际院士联合体工作委员会、

中国标准化协会绿色低碳专委会、北京和德宇航技术有限公司。

本标准主要起草人：

池天河、王大成、姚晓婧、刘冰宣、李莘莘、王树东、杨邦会、焦越、解烽

瑞、曾也鲁、陈伟、穆晓东、明东萍、刘锦绣、郝云涛、李茂森、张文英、张瑞、

孟瑜、杨新宇、高福光、张利枝、赵忠伟、李锁柱、田珈瑞、李艺琳、刘亚岚、

吕婷婷、胡乔利、史寅虎、常青、赖积宝、李敏飞、郑明月、林晓强、项凤华、

袁松亭、李楠、鲁丰先、黄子果、黄达飞、邓成明、祝欣越、柯红霞、姚廈瑜、

周蕾、赵森、张龙江、贾超、侯勇、连炜、金国平、肖俊光、孟兵站、韩兵兵、

董福海、鲁翔信、张晓东、周伟、闫凯、何训、李西军、孙震强、曾宇、刘建华、

杨迪、高俊刚、苑峰、廖通逵、周令泉、王春红、周辉、王阳春、丁佰锁、刘畅、

梁霞、杨军、冯国华、董正浩、罗德中、梁晓辉、朱立明、孙小振、徐云和、李

志勇、罗长林。

本标准为首次发布。

III

引言

碳中和概念在全球气候变暖的时代背景中孕育产生，它是指人类经济社会活动所必需的碳排放，通过

生态系统固碳和其他人工技术或工程手段加以捕集利用或封存，使排放到大气中的温室气体净增量为零。

2020年9月22日，中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主

贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现

碳中和。”中国承诺从碳达峰到碳中和的时间，远短于发达国家所用时间，需付出艰苦努力，这将是影响

我国未来40年政治、经济、社会的重要变革。

卫星遥感作为一种先进的实用技术，其效果已在各个领域得到广泛验证，并得到越来越多行业的认可，

“双碳达标”的国家战略定位，将进一步推进遥感技术的实用化发展。围绕草地碳汇价值实现的核心需求，

本标准依托中国科学院空天信息创新研究院的技术团队，在中国国际科技促进会碳中和分会指导下，开展

对国内外草地碳指标的广泛调研，提出卫星对地观测下的草地碳指标体系，以期对区域草地碳指标进行有

效定量监测和客观评价，便于建立体现草地碳汇价值的生态保护补偿机制，为各级政府主管部门有效开展

双碳达标任务中的监控、核查、实施、考核等工作提供科学指导和技术支撑，为草地碳交易管理中交易跟

踪制度的完善发挥效力、提供技术保障。

图1展示了本标准服务国家双碳战略的重要定位。

图1卫星对地观测下的草地碳指标监测体系服务国家双碳战略关系图

5

卫星对地观测下的草地碳指标监测体系

1适用范围

本标准规定了卫星对地观测下的草地碳指标体系和草地碳指标遥感监测产品体系。

本标准适用于采用卫星对地观测技术进行草地生态系统碳监测相关遥感信息产品的业务化反演生产和

草地生态系统碳循环监测技术系统的建设，为草地碳汇计量与监测提供量化依据。

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/T14950-2009摄影测量与遥感术语

GB/T32453-2015卫星对地观测数据产品分类分级规则

GJB2700-1996卫星遥感器术语

GB/T17694-2009地理信息术语(ISO/TS19104:2008)

GB/T40034—2021叶面积指数遥感产品真实性检验

ISO/TS19101-2:2008地理信息参考模型第2部分：影像

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

GB/T21439-2008草原健康状况评价

AR-CM-004-V01可持续草地管理温室气体减排计量与监测方法学

NY/T1233-2006草原资源与生态监测技术规程

T/CMSA0027-2022区域陆地碳汇评估技术指南

T/C001-2022卫星对地观测下的碳指标监测体系

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。

[T/C001-2022,定义3.1]

6

3.2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、农田、草地等)和海洋碳汇(例如红树林、盐沼、海草床等)。

[T/C001-2022,定义3.2]

3.3碳库Carbonpool

即碳的储存库，通常包括地上生物量、地下生物量、枯落物、枯死木和土壤有机质碳库。其单位为质

量单位。

[AR-CM-001-V01,定义4]

3.4碳达峰Peakcarbondioxideemissions

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。

[T/C001-2022,定义3.3]

3.5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。

[T/C001-2022,定义3.4]

3.6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]

3.7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]

3.8空间分辨率Spatialresolution

a.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]。

3.9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]。

3.10通量观测网络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。

7

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。

[T/C001-2022,定义3.13]

3.11二氧化碳当量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CO2e来表示。

3.12草地Grassland

主要用于牧业生产的地区或自然界各类草原、草甸、稀树干草原等统称为草地。

[AR-CM-001-V01,定义1]

3.13草地碳汇Grasslandcarbonsink

草地植物吸收大气中的二氧化碳并将其固定在植被或土壤中，从而减少该气体在大气中的浓度。

3.14净碳排放Netcarbonemissions

在一定时间内特定区域的生态系统的生物跨吸收输入与碳排放输出的收支状况。

3.15草地碳库固碳量Carbonsequestrationingrasslandcarbonpools

草地各碳库中碳元素的储存量。草地碳库由土壤、植物地上部分、地下根系和枯落物（凋落物）组成。

修复的草地地上植被生物量、凋落物量和根系生物量随着修复年限的延长而逐渐增加。草地生态系统的碳

储量主要为土壤碳储量，其次为地下碳储量，最少为地上碳储量。

3.16草地地上生物量Overgroundbiomassofgrassland

指某一时刻单位草原面积地上全部植物生长量它既包括活的部分，也包括枯黄的立枯物部分和落在地

面的凋落物，与产草量相比能更真实地反映草原实际状况。

[NY/T1233-2006，附录Ｄ.5.1]

3.17草地地下生物量Undergroundbiomassofgrassland

指存在于草地植被地表下草本根系和根茎生物量的总合。

3.18凋落物Littercontent

死亡或衰老后脱落到地面的植物残体。

[GB/T21439-2008,定义3.17]

3.19总初级生产力Grossprimaryproductivity(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]

3.20净初级生产力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,定义3.11]

8

3.21净生态系统生产力Netecosystemproduction(NEP)

净初级生产力除去土壤异养呼吸的碳损耗所剩余的部分。

[T/CMSA0027-2022,定义3.16]

3.22叶面积指数Leafareaindex

地面单位投影面积内叶总面积的一半，描述森林冠层功能过程的重要参量和生态系统功

能模型、作物生长模型、大气模型、水循环模型等模型基本输入参数。

3.23土壤有机质Soilorganicmatter

存在于土壤中的所有含碳的有机化合物。它主要包括土壤中各种动物、植物残体，微生物体及其合成

和分解的各种有机化合物。

3.24土壤有机碳Soilorganiccarbon

土壤有机组分(包括腐殖质，动植物及微生物残体、排泄物、分泌物及其部分分解产物)中所保留的碳。

3.25土壤碳储量Soilcarbonreserve

一定面积和深度土体中碳的总量为土壤碳储量。

3.26光合有效辐射吸收比例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。

3.27土地利用变化Landusechange

改变土地的利用方式。主要土地利用方式包括草地、农田、森林和湿地。土地利用方式的变化包括从

草地变为农田、森林或湿地。

[AR-CM-001-V01,定义1]

3.28无线传感器网络wirelesssensornetworks；WSN

通过无线通信技术把传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络。

4缩略语

下列缩略语适用于本文件

CEVSA:植被-大气-土壤系统碳循环模型((Carbonexchangebetweenvegetation,soilandatmosphere)

AVIM:大气-植被相互作用模型(Atmosphere-VegetationInteractionModel)

DEM:数字地面模型(DigitalTerrainModel)

HS:高光谱数据产品(HyperspectralDataProduct)

CASA:卡内基-阿姆斯-斯坦福方法(Carnegie-Ames-StanfordApproach)

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)

9

MW:微波数据产品(MicrowaveDataProduct)

NDVI:归一化差异植被指数(NormalizedDifferenceVegetationIndex)

GIS:地理信息系统(GeographicInformationSystem）

GPP:总初级生产力(GrossPrimaryProductivity)

NPP:净初级生产力(NetPrimaryProductivity)

NEP:净生态系统生产力(NetEcosystemProduction)

5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

碳中和背景下的草地遥感碳指标监测需求，制定以下体系分级原则：

（1）科学性：监测指标的设计和产品体系的划分符合国家有关草地经营碳汇等方法学、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。分级结构清晰，能反映不同级别产品之间的内在特征与联系。

（2）可扩展性：体系制定首先考虑目前使用广泛、可标准化程度高的主流遥感监测产品，同时还应考

虑未来一定时期出现的新类别、级别可能性，应具备可扩展性。

（3）实用性：分级设置应简洁明确，易于操作并为各类用户所接收和使用。

（4）兼容性：应能够与现行使用的国际温室气体排放分类、国内外遥感卫星数据分级规则建立明确的

映射关系，能方便地与内国外相关分类分级方案接轨。

6卫星对地观测下的草地碳指标体系

卫星对地观测下的草地碳指标体系根据碳中和核算要素分为草地温室气体浓度监测指标、草地生态系

统碳通量和碳储量指标，以及草地生态系统碳循环模型输入参数三个一级指标。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可获得性原则进行二级指标的划分。

其中，草地温室气体浓度监测指标主要是二氧化碳、草地禾本科生物质燃烧产生的甲烷。根据政府间

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》设置二级监测指标;草地生态系统

碳通量和碳储量指标、草地生态系统碳循环模型输入参数二级指标基本架构主要参考《全球碳盘点卫星遥

感监测方法、进展与挑战》，草地生态系统碳通量和碳储量指标为草地生态系统碳循环的直接指数，草地

生态系统碳循环模型输入参数为草地生态系统碳循环的模型变量。

卫星对地观测下的草地碳指标体系见表1，各指标间层次关系见图2。

10

表1卫星对地观测下的草地碳指标体系

一级指标二级指标

二氧化碳CO2浓度

草地温室气体排放源碳源监测指标

甲烷CH4浓度

总初级生产力

净初级生产力

净生态系统生产力

草地地上生物量

草地生态系统碳通量和碳储量监测指标草地地下生物量

土壤有机碳密度

土壤有机碳库

草地生物质燃烧

草地凋落物量

植株高度

植被类型

叶面积指数

植被覆盖率

草地生态系统碳循环模型输入参数

光谱植被指数

表土粒度指数

放牧强度

土地利用变化

光合有效辐射吸收比例

11

图2草地碳指标关系图

7卫星对地观测下的草地碳指标遥感监测产品体系

对应表1中的二级指标，构建卫星对地观测下的草地碳指标遥感监测产品体系，对应的碳指标监测

产品、产品类别、对应卫星数据和传感器主要参数、辅助数据及计算方法见表2，宜依托附录A空天地

一体化草地碳指标监测技术体系框架标准化生产相关数据产品。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。

在开展草地碳汇监测产品、草地生态系统碳循环模型输入参数地面测量时，样区内应布设多个开

展地面测量的基本抽样单元样点，根据GB/T40034—2021《叶面积指数遥感产品真实性检验》中5.2

确定草地空间采样方法；根据GB/T40034—2021《叶面积指数遥感产品真实性检验》中附录A确定草

地分层抽样方法。

12

表2卫星对地观测下的草地碳指标遥感监测产品体系

数据获取与处理要求

卫星对地观测原始数

产品产品类别

据及传感主要参数辅助数据常用计算方法

二氧化碳CO2

草地温

浓度高光谱遥感数据，空地基通量观测网络

室气体

间分辨率优于1公数据、局地微观站点利用辅助数据进行气体浓度校核和空间插值计算，估算目标草地区域温室气体浓度

浓度监高光谱产品（HS）

里，重访周期不超过温室气体监测数据、和排放总量，基于全球变暖潜值计算各温室气体的二氧化碳当量

测指标

2天气象数据等

甲烷CH4浓度

多源遥感监测，空间地基通量观测网络

多光谱产品(MS)、利用的中国自主研发的生态系统过程模型AVIM、CEVSA及其后续版本计算区域的

分辨率优于1公数据、气象数据、

微波数据产品总初级生产力,利用遥感统计方法,构建总初级生产力数据与遥感植被指数的经验关

总初级生产里，重访周期小于8DEM数据以及土

(MW)系。

力天地利用数据等

草地碳

汇监测

产品

多源遥感监测，空间地基通量观测网络

净生态系统分辨率优于1公数据、气象数据、利用CASA等光能利用率模型、各碳库土壤异养呼吸模型，建立日步长的机理性

多光谱产品(MS)

生产力里，重访周期小于8DEM数据以及土生态模型估算净生态系统生产力

天地利用数据等

13

数据获取与处理要求

卫星对地观测原始数

产品产品类别

据及传感主要参数辅助数据常用计算方法

多光谱产品（MS）、高/多光谱遥感监测，通过对草地冠层覆盖度、草地植被类型和草地空间结构的预测模型反演，结合辅助

高光谱产品（HS）、空间分辨率优于数据，精确估算草地覆盖区域的碳储量。星载激光雷达数据的整合可与其他卫星数

地上生物量地面核查数据

激光雷达产品500m，重访周期不超据(如MODIS,Landsat,SAR)一起使用在区域到全球范围内绘制草地生物量图。

（LIDAR）过7天

多光谱产品（MS）、高/多光谱遥感监测，

高光谱产品（HS）、空间分辨率优于利用地下/地上生物量比率来实现地下生物量的估算

地下生物量地面核查数据

激光雷达产品500m，重访周期不超

（LIDAR）过7天

多光谱产品（MS）、高/多光谱遥感监测，

土壤有机碳高光谱产品（HS）、空间分辨率优于1公

地面核查数据利用土壤剖面的有机碳密度实现估算

库激光雷达产品里，重访周期不超过

（LIDAR）7天

1）热红外、多/高光

谱遥感监测，空间分

热红外产品

辨率优于1公里，重地基通量观测网络

草地生物质（TIR）、多光谱结合辅助数据，建立草地燃烧相关参数与碳排放关系模型，提升草地燃烧碳排放量

访周期不超过1天；数据、地面核查数据

燃烧产品（MS）、高光估算的时空分辨率

2）无人机热红外遥等

谱产品（HS）

感，空间分辨率优于

1米，按需监测

14

数据获取与处理要求

卫星对地观测原始数

产品产品类别

据及传感主要参数辅助数据常用计算方法

高/多光谱遥感监测，

地基通量观测网络

草地凋落物多光谱产品（MS）、空间分辨率优于1公结合辅助数据，建立草地分解相关参数与碳排放关系模型，提升草地分解碳排放量

数据、地面核查数据

量高光谱产品（HS）里，重访周期不超过估算的时空分辨率。

等

1天

多源遥感监测，空间基于长期定位观测数据改进过程模型结构和优化参数后，以遥感反演的结构和优化

多光谱产品(MS)、

分辨率优于1公地基通量观测网络参数后，以遥感反演的净初级生产力驱动过程模型模拟表层土壤有机碳密度的时空

微波数据产品

里，重访周期小于8数据、气象数据、演变过程。

土壤碳密度(MW)

天DEM数据等

多源遥感监测，空间

多光谱产品(MS)、分辨率优于1公

微波数据产品里，重访周期小于8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

草地生

(MW)、激光雷达天无人机激光雷达遥地面核查数据、气候候数据、地形数据等，针对不同草地类型和生态地理分区分别构建草地植物高度反

态系统植株高度

数据产品(LR)感，空间分辨率优于数据、地形数据演模型。

碳循环

1米，按需监测

模型输

入参数

多光谱遥感监测，空

多光谱产品(MS)地面核查数据

间分辨率优于500根据遥感影像TM数据信息及其文献资料，结合野外布置样点、室内计算机技术解

植被类型

米，时间分辨率优于译及验证方法研究植被类型及分布。

10天

15

数据获取与处理要求

卫星对地观测原始数

产品产品类别

据及传感主要参数辅助数据常用计算方法

多光谱遥感监测，空

间分辨率优于500构建经验或物理的前向模型，结合适当的反演策略实现参数病态反演；或采用机器

多光谱产品(MS)地面核查数据

米,时间分辨率优于学习等方法实现由多波段反射率反演叶面积指数的目的。

叶面积指数

10天

多光谱遥感监测，空

间分辨率优于500

米,时间分辨率优于

多光谱产品(MS)地面核查数据

10天基于植被指数的构建线形混合模型反演植被覆盖率

植被覆盖率

多光谱遥感监测，空

多光谱产品(MS)间分辨率优于500地面核查数据

光谱植被指基于植被对多光谱反射率数据，采取不同的波段运算数学形式，进行计算获得。

米，时间分辨率优于

数

10天

多光谱产品(MS)多光谱遥感监测，空地面核查数据基于可见光和近红外波段表面反射光谱与特征的经验关系法；基于土地覆盖遥感分

表土粒度指

间分辨率优于500类法；基于土壤与植被光谱特征差异的遥感指数法；热红外遥感数据和产品的发展

数

米为利用热红外特征发射率监测大面积土壤空间分布提供新可能。

16

数据获取与处理要求

卫星对地观测原始数

产品产品类别

据及传感主要参数辅助数据常用计算方法

多光谱产品(MS)地面核查数据

多光谱遥感监测，空

放牧强度基于GIS的景观分析得到草地条件指数

间分辨率优于500米

多光谱产品(MS)多光谱遥感监测，空地面核查数据

土地利用变以TM遥感影像监督或非监督分类数据为基础，利用土地利用动态度模型和土地利

间分辨率优于500

化用转移矩阵，研究土地类型变化的速率和变化方向。

米

多光谱遥感监测，空

多光谱产品(MS)地面核查数据、气象

光合有效辐间分辨率优于1公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

数据等

射吸收比例里

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C

17

附录A

（资料性附录）

空天地一体化草地碳指标监测技术体系框架

空天地一体化草地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，具体关系见图3。

图3空天地一体化草地碳指标监测技术体系框架

A.1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监测科学实验卫

星，又陆续发射风云三号D星和高分五号大气成分监测卫星。2022年，我国首颗陆地生态系统碳监测卫星“句

芒号”成功发射。“句芒号”碳星通过激光、多角度、多光谱、超光谱、偏振等综合遥感手段，可实现植

被生物量、大气气溶胶、植被叶绿素荧光等要素的探测和测量。

围绕碳达峰、碳中和实施过程中草地碳汇计量监测、建立体现草地碳汇价值的生态保护补偿机制的核

心需求，建议发展利用卫星、飞艇浮空器、无人机与地面在线监测空天地一体化立体监测技术，研究“自

上而下”的草地生态系统碳源汇监测系统，提供高分率的草地生态系统碳通量同化数据。

A.2草地生态系统碳循环过程模型

通过模拟草地生态系统碳循环的过程和机制，提供网格化碳通量变化估计，从而定量划分不同驱动因

素对草地碳汇变化的贡献，并预测其未来变化。具体包括以下方面:

18

(1)发展遥感大数据驱动的草地生态系统碳通量估算方法，建立草地生态系统碳循环关键参量高时频、

高精度、全要素草地生态系统碳源汇核算服务平台，建设草地碳汇监测评估体系，全面量化边界组织区域

内的碳汇指数。

(2)开发人类-自然耦合草地生态系统碳循环过程模型，建立草地生态系统碳循环参数数据库，提高模型

模拟精度，以准确预测中国草地生态系统的碳汇潜力。

A.3综合应用

在空天地一体化观测系统和草地生态系统碳循环过程模型的支持下，利用卫星对地观测下的草地碳指

标遥感监测产品开展草地碳汇综合应用。包括以下方面:

(1)开展草地碳汇计量监测评估，推进草地碳汇监测-核算-核证工作，服务国家温室气体清单编制、国家

自主贡献目标进展评估与更新、碳汇交易。深入研究草地陆地生态系统碳汇潜力及实现路径，积极参与国

家碳市场制度建设，鼓励社会主体参与草地碳汇项目开发建设，指导开展草地碳汇项目开发交易和碳中和

行动。依托空天地一体化的建设成果，加快建设全国范围内草地碳汇“一张图”，实现项目动态管理、信息

共享发布、线上线下互动等，增强我国草地碳汇市场可信度和社会参与度。

(2)进行情景模拟和决策分析，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。

(3)管理草地资源数据，掌握现有草地状况，选择合适的草原经营方法，有效解决草地经营管理成效评

价和干扰监测的问题。

(4)在草地碳指标监测平台支持下，定期更新草地碳汇监测数据和计量监测结果，加快推进草地碳汇计

量监测工作科学化、规范化、常态化。加强草地碳汇计量监测新技术研发和推广应用，逐步实现草地碳汇

数据采集无纸化和自动化；同时开展草地碳排放预警等应用。

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附录B

（资料性附录）

遥感碳中和监测原理及优势

B.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，应用于草地监测涉及草原植被返青期、生长盛期、枯黄期、草原垂直

带旬度生产力路线监测、退牧还草工程效益监测。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。

草地碳储量遥感监测方面：我国草原面积占国土面积的40%以上，属于世界第二大草原大国。利用遥

感影像估算生物量是常用的方法之一，该方法具有时效强、成本低、大面积估算、连续观测的优势。草地

生物量遥感的估算可以通过构建统计模型实现，基于遥感影像计算出植被指数，再结合实地采集的样方数

据，建立回归模型，经过精度验证后选用精度最好的模型进行反演和应用。综合应用遥感及GIS技术，并

根据地区地形、草原类型及生长环境的特点，开展了对整个区域产草量遥感估算、载畜量遥感估算、牧草

长势情况监测的研究，不仅扩大了监测覆盖范围，同时实现了面向应用的自动化。以利用采集的鲜草质量

数据与卫星遥感影像上对应点的NDVI值之间的关系建立回归模型，得出幂函数模型的反演结果精度最高、

稳定性最强，也是最适合监测草原生产力的模型，可广泛应用。利用连续八个月MODIS影像对草原产草

量进行观测，从而得出草原产量最高与最低的月份，不仅很好地监测草原草量的变换趋势，同时也为合理

制定并实施可持续放牧政策提供依据，对于草地生态平衡有着重要意义。

B.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

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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、

甲烷等）和草地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。

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附录C

（资料性附录）

国内外主要碳卫星参数

目前国内外主要碳卫星参数见表C.1。

表C.1国内外主要碳卫星参数

重访周空间分辨光谱分辨误差范围

卫星国家传感器运行期

期率（km）率（um）（ppm）

TanSaT中国CarbonSpec2016-16天20.76-2.084

GF-5中国GMI2018-2天10.30.76-1.66-

大气环境监测

中国激光雷达2022-----

卫星大气一号

ENVISAT欧洲SCIAMACHY2002-20126天30×600.24-2.4014

TANSO-FTS

GOSAT日本2009-3天100.76-14.304

CAI

TANSO-FTS-2

GOSAT-2日本2018-6天100.76-14.300.5

CAI-2

OCO-2美国光栅分光计2014-16天1.29×2.250.76-2.081

OCO-3美国光栅分光计2019-16天1.6×2.20.76-2.081

OLI

Landsat-8美国2013-16天0.030.43-12.51-

TIRS

TERRA/AQUA美国MODIS1999-≤8天0.25×10.41-14.38-

多光谱成像仪

Sentinel-2欧洲2015-10天0.010.443-2.19-

（MSI）

高分辨率辐射仪

VIIRS美国2011-4小时0.40.3-14-

AVHRR

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参考文献

[1]政府间气候变化专门委员会〔2006〕《IPCC国家温室气体清单指南》

[2]ISO14064-1-2018《在组织层级温室气体排放和移除的量化和报告指南》

[3]国发〔2007〕17号《中国应对气候变化国家方案》

[4]环办监测函〔2021〕435号《碳监测试点方案》

[5]发改办气候〔2010〕2350号《关于启动省级温室气体排放清单编制工作有关事项的通知》

[6]发改办气候〔2011〕1041号《省级温室气体清单编制指南（试行）》

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目次

前言.......................................................................................................................................5

引言.......................................................................................................................................5

1适用范围.................................................................6

2规范性引用文件...........................................................6

3术语与定义...............................................................6

4缩略语...................................................................9