中国森林生态系统碳汇潜力估算与模拟预测

1、研究内容与关键科学技术问题

本项目的主要科学问题包括：

（1）如何通过融合来源与时空尺度各不相同的多种数据，建立遥感数据驱动的大尺度森林碳循环机理模型，揭示中国森林生态系统碳平衡规律？

（2）过去100余年间，中国森林生态系统发生了怎样的变化？气候变化和人类活动对森林生态系统碳平衡产生什么样的影响？各地区之间存在怎样的差异？主要的控制因素是什么？我国实施的林业六项重点工程的固碳效益及其潜力有多大？

（3）到2020年和2050年，在气候变化和人类活动的共同作用下，中国森林生态系统将经历怎样的变化？这些变化对于生态系统碳汇有何影响？4000万公顷造林育林计划下中国森林生态系统固碳潜力和可利用碳汇有多大？区域分布特征如何？

关键技术问题为：

（1）构建大尺度森林生态系统碳平衡遥感—机理模型。进行历史资料、森林清查、地面观测、卫星遥感数据的融合同化；实现从观测样地、生态系统、区域到全国的尺度转换。

（2）自然和人为干预对森林生态系统碳汇过程的定量分析。在获取多期精确的森林覆被分布数据的基础上，定量分析不同自然因素（气候变化、火灾、虫灾等）和人为干预（砍伐、造林、恢复等）对森林生态系统碳循环的影响，分析不同森林类型和不同区域森林生态系统碳收支估算的误差。

（3）大规模造林育林措施下中国森林生态系统的固碳潜力评估及其不确定性分析。重点关注人为干预对不同区域森林固碳潜力的贡献及其不确定性，探索区域可利用的森林碳汇强度的估算方法、误差与置信度。

2. 技术途径

(1) 基于卫星遥感-地基观测、文献数据和实验研究，整合来自不同部门的卫星遥感数据、历史资料数据、地图数据、遥感数据、气象数据、土壤数据、大气CO2浓度观测数据；建立中国森林生态系统碳收支过程模型、遥感反演模型和区域大气CO2源汇反演模型，形成森林生态系统碳源/汇定量认证的模拟分析技术体系。（2）揭示自然因素（气候变化、氮沉降、CO2施肥效应、虫灾、火灾）和人为干预（采伐、人工造林、天然林恢复）下的森林生态系统CO2增汇机制；采用卫星遥感-地基观测、文献数据分析和模型模拟相结合的方法，通过数据同化、多尺度数据与模型融合和区域碳源/汇模拟，定量认证中国森林生态系统的碳汇强度、固碳潜力和可利用碳汇，分析其不确定性与误差来源。（3）揭示我国近年来实施的林业六项重点工程（天然林资源保护工程、退耕还林工程、“三北”和长江中下游地区等重点防护林建设工程、京津风沙源治理工程、野生动植物保护及自然保护区建设工程、重点地区速生丰产用材林基地建设工程）的固碳效益及其未来的固碳潜力。（4）估算与预测未来20年到50年，中国生态系统固碳能力及4000万公顷造林育林计划下中国森林生态系统固碳潜力和可利用碳汇；分析其不确定性。

3、研究目标与预期成果

本项目将建立中国森林生态系统碳平衡遥感—机理模型，以卫星遥感-地基观测和模型模拟为技术手段，发展森林碳汇认证和计量体系，阐明中国森林生态系统生物生产功能和碳汇功能的空间差异和时间变化规律；剖析长时间序列的自然因素和人为干预因素对森林系统碳循环的影响，明确不同时空尺度、不同生态类型、不同行政区域的森林碳汇能力以及人为干预下的陆地碳增汇潜力；为国家森林生态系统碳汇管理、森林碳汇强化技术途径、区域森林碳贸易和生态补偿核算提供科学依据。

具体的预期成果包括：

(1)  科学认知过去100余年中国森林生态系统结构和森林植被碳储量演变规律；

(2)  建成卫星遥感-地基观测一体化的森林生态系统碳源/汇模拟分析系统；

(3)  阐明气候变化、氮沉降、火灾、战争、采伐、人工造林等因素对中国森林碳源/汇的贡献率及其时空演化特征；

(4)  定量评估中国不同区域森林生态系统增汇技术的应用潜力及其在削减温室气体排放中的作用。