1、背景技术 陆地碳汇因其对减缓大气CO2浓度升高的关键作用，成为《京都议定书》、"巴厘岛路线图"及"哥本哈根世界气候大会"等国际气候谈判的重要内容。我国面临着巨大的温室气体减限排国际压力，迫切需要明确我国陆地碳汇对全球碳循环的贡献及其演变趋势。然而，陆地碳汇具有巨大的复杂性和不确定性，其准确计算是全球变化研究中亟待解决的问题。 陆地生态系统碳汇估算正向多源数据综合分析、遥感监测、模型模拟、大气反演和数据同化综合集成研究的方向发展。如何充分发挥各种方法的优势，优化计算不同区域的陆地碳源汇，鉴别区域尺度陆地碳汇变化的驱动机制，是当今国际碳循环研究最为关注的重大科学问题。因此，需要研究综合利用卫星遥感-模型模拟计算碳源汇的理论和方法，揭示森林生态系统碳源汇的变化特征及驱动机制，确定东北森林生态系统对全国碳循环的贡献。成果有助于推动我国地球系统科学的发展，并为我国参与全球气候变化谈判提供科学支撑。 2、研究目的 定量评估国家和区域尺度森林生态系统碳源/汇现状、过程及其气候变化的响应，对于理解全球碳循环机制、对应气候变化和环境外交谈判意义重大，是生态系统与全球变化科学研究的重要科技问题。虽然当前可利用清单法、用箱式测定法及微气象观测技术（如涡度相关法）等直接或间接测定陆地与大气净的碳交换通量，但目前森林生态系统碳源/汇的大小及空间分布仍然存在很多不确定性，涡度相关技术仍是一种"点"尺度生态系统观测方法，其结果本身还只是代表通量塔周边的生态系统收支特征，需要借助一定的方法或者模型将站点观测结果外推到至区域或国家尺度。 3、技术方案 利用多源遥感数据反演碳敏感植被参数，在站点尺度利用碳通量等观测数据、在区域尺度利用CO2 浓度观测数据优化生态模型参数；通过生态系统模型模拟、遥感反演，集成研究最百年东北森林生态系统碳源汇分布的时空变化并预测其未来趋势，对比不同区域碳汇的驱动机制。以各种地面数据为基础，研建大尺度森林碳储量和地面参数（LAI、土地覆盖类型等）的遥感反演模型，并用地面数据进行精度验证。地面通量观测结果与碳循环模型（BEPS）结果进行比较，调整和优化BEPS模型的输入参数（植被生理参数），优化后的植被生理参数和遥感反演结果一起输入BEPS模型估算NPP。在此基础上，采用统计模型和InTEC模型两种方法来获得土壤呼吸，进行精度验证后与NPP相结合算出研究区的碳通量NEP，最终采用地面数据进行精度评估，获得研究区森林碳源/汇的空间分布。 4、主要技术特征 （1）完善碳敏感植被参数的算法体系 虽然现有遥感技术不能直接提取陆地表面碳通量信息，但在提取与地表碳通量/储量的某些分量或与碳通量/储量紧密相关的植被参数方面发挥着重要作用。项目组采用遥感技术提取了叶面积指数、叶片聚集度系数和植被类型等地表参数，用于驱动生态系统碳模型；采用遥感方法估算森林地上生物量；估算了林火面积和林火引起的直接碳排放；推算了森林扰动历史和森林年龄；将遥感信息与生态模型同化以提高碳通量的计算精度。 （2）建立遥感反演、模型模拟的森林生态系统碳源/汇精准计算系统。 遥感、生态模型是目前主要的计算区域尺度碳汇的方法，这些方法所采用的数据源不同，侧重面不一样，所以各有优缺点。现在还不存在一种可以高精度计算不同区域碳汇的方法。为了克服遥感模型存在的问题，发展和改进了将遥感信息与植物光合机理有机结合的生态模型BEPS，使用通量观测等资料进行模型参数优化，确定模型关键参数值及其随时间的变化特征，通过观测数据与模型同化，提高了碳通量模拟的可靠性，并考虑森林扰动对森林生态系统碳循环的影响，有效解决了多尺度、多维度东北森林生态系统"怎样测碳"的关键问题，为快速高效评测东北森林生态系统固碳功能提供了科学可靠的方法支撑。 （3）揭示东北森林生态系统碳源/汇的演变规律 发展和改进BEPS过程模型，模拟预测了东北森林生态系统分布格局及碳收支趋势。利用卫星遥感-模型模拟计算碳源汇的方法，模拟东北森林森林生态系统近百年和未来碳源汇，揭示了东北森林生态系统碳源/汇的变化特征及演变规律，确定了东北对中国碳循环的贡献。成果有助于推动我国地球系统科学的发展，并为我国参与全球气候变化谈判提供科学支撑。

东北林业大学

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