[發明專利]一種無線智能碳匯監測系統

在審

• 申請號: 201410668617.0
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104374882A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 施擁軍
• 申請（專利權）人: 浙江農林大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于環境檢測領域，尤其涉及一種無線智能碳匯監測系統。

背景技術

科學有效的監測城市和森林的碳排放與碳匯將提升我國在應對全球氣候變化的國際事務中的話語權，并為國家發展低碳經濟提供科學依據。但受技術條件和成本限制，現有的觀測手段難以獲取準確的區域性的碳源和碳匯數據。現有技術方案有:

(1)基于生物量和土壤碳儲量清單調查的區域碳收支評估方法：

利用長期和高密度的植物生物量和土壤碳儲量清查資料，是評價區域生態系統的碳庫及碳通量的一種傳統技術。這種方法獲得的所有基礎數據均為實測值，存在較大的可信度，目前很多生態系統碳收支采用此方法進行估計。生物量和土壤清查方法的優點是直接、明確和技術簡單，但其觀測周期長且時間序列不連續，利用這種研究方法評估區域碳收支時，還需充分代表各種生態系統類型的調查樣點和高精度的土地利用和土地覆被空間時序圖，要滿足這方面的需求極其困難。同時，應用這種方法評估結果的可信程度極大地受到觀測樣點的空間分布密度、各種生態系統觀測數據的代表性、以及生態系統類型分布空間信息的精確程度等方面的限制。

(2)基于通量觀測的區域碳收支評估方法：

渦度相關通量觀測彌補了生物量清查法、地面同化箱和衛星遙感等測定方法在時間上的不連續、積累數據耗時長等方面的不足，可以在較短的時間內獲得大量高時間分辨率的CO₂通量和環境變化數據，為開展不同時間尺度的碳通量變化及其環境響應機理研究提供了方便。但是渦度相關技術是一種小尺度生態系統觀測方法，其結果本身還只是代表觀測塔周邊的生態系統碳收支特征，不能將站點的觀測結果直接外推到更大區域尺度。

(3)利用大氣CO₂濃度觀測數據反演的區域碳收支評估方法：

大氣反演方法是利用大氣cot濃度觀測數據，將大氣層的cot梯度與大氣傳輸模型相結合來評估陸地一大氣間的凈coz交換量，常被用來檢驗地面清查一衛星遙感結合法計算的結果。雖然在區域尺度上，大氣反演估計的碳通量精度較粗，具有很大的不確定性，但由于它能夠獨立地提供陸地碳源/匯的估計結果，所以也是評價區域碳收支的重要技術途徑。在區域上，由于大氣coz濃度觀測網絡的站點極其缺乏，由此所帶來的誤差是不可忽略的，同時這種方法評估的結果也對大氣傳輸模型誤差和化石燃料釋放cot估計偏差反應較為敏感。大氣coz濃度反演方法忽略了許多重要的碳循環過程和重要的生態系統(如濕地和城市生態系統)，如果單一地使用大氣反演方法對陸地碳收支開展評估，其風險還是極大的。

(4)基于溫室氣體觀測衛星和航空觀測的碳收支評估方法：

近年來，溫室氣體觀測衛星技術及大氣溫室氣體濃度梯度和地表通量的航空觀測技術得到了快速發展，為評價全球、區域、國別以及重大生態工程項目的碳收支提供了新的技術途徑，得到了主要發達國家的高度重視。應用衛星和航空觀測方法可以提供高精度的COz觀測數據，幫助我們了解全球或區域的溫室氣體濃度分布狀況，但這種方法需要與大氣反演等方法結合才能對區域或全球的碳收支進行評估，而且觀測結果的可靠性還需要地面觀測數據的驗證。應用遙感模型的推算結果受模型算法的精確性、衛星觀測成像的頻率等方面的影響，同時大多數遙感模型缺乏明確的生理生態機制，不能清楚地解釋區域碳收支的變化機制，并且在光能傳遞及轉換過程等方面還存在著很大的不確定性。

(5)基于生態系統過程模型的區域碳收支評估方法

生態過程機理模型是評估區域碳收支的重要工具，在精細的空間尺度參數化方案和空間化植被和環境數據支撐下，能夠模擬生態系統碳循環的空間格局。國際上的生態過程模型發展非常迅速，但由于被評估區域的各個網格點內參數的獲取，以及模型尺度轉換等困難，導致了多數生態過程機理模型在評價區域碳收支時都存在著較大的不確定性。

(6)基于模型一數據融合技術的碳收支評估方法

模型一數據融合技術是充分利用可能獲得的觀測數據，通過數學方法調整模型的參數或狀態變量，使模擬結果與觀測數據之間達到一種最佳匹配關系，從而更準確地認識和預測系統狀態的變化。使用模型一數據方法在改善模型參數、選擇模型結構、優化傳感器網絡設計和試驗設計及分析模擬結果的不確定性等方面具優勢。