[發(fā)明專利]高分辨率土地利用及森林景觀過程耦合模擬系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010639670.3
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111783360A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁宇;黃超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發(fā)明提供一種高分辨率土地利用及森林景觀過程耦合模擬系統(tǒng)及方法，涉及地理學(xué)和生態(tài)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括土地利用變化模塊以及森林演替模塊；所述土地利用變化模塊在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，利用自適應(yīng)慣性競爭機(jī)制來計(jì)算未來不同社會經(jīng)濟(jì)和自然條件下土地利用格局變化；所述森林演替模塊為在大時(shí)空尺度上模擬森林演替的空間直觀景觀模型，本發(fā)明能夠更為準(zhǔn)確評估未來氣候變化和土地利用變化對我國森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響。與現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)過程模型相比，本模型需要的參數(shù)較少且獲取更方便，運(yùn)行效率更高，森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)可以直接用于參數(shù)化模型和驗(yàn)證模型的模擬精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地理學(xué)和生態(tài)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高分辨率土地利用及森林景觀過程耦合模擬系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

土地利用變化是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)最重要的因素之一，其對大氣CO₂濃度增加的貢獻(xiàn)僅次于化石燃料的燃燒(Foley et al.2005,Houghton et al.2012)。已有研究表明，1850-1998年已有136±5×10⁹t碳通過土地利用變化從陸地生態(tài)系統(tǒng)排放到大氣中，約占目前大氣中增加的CO₂總量的33％(Watson et al.2000)。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大碳庫，其碳儲量占到全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量45％左右，在全球碳循環(huán)中扮演著重要的角色(Pan et al.2011,Reich 2011)。土地利用方式的變化不僅直接降低森林生態(tài)系統(tǒng)地上碳儲量(Baccini et al.

2012)，而且還通過影響與土壤有機(jī)碳形成和轉(zhuǎn)化的因子間接影響土壤有機(jī)碳的含量和分布(Don et al.2011)，還可以通過改變土壤有機(jī)質(zhì)的分解速率影響土壤有機(jī)碳氮蓄積量，它的微小波動將在很大程度上減緩或加速大氣CO₂濃度升高，改變?nèi)蜿懙厣鷳B(tài)系統(tǒng)碳平衡(Le Quéréet al.2018)。因此，土地利用變化對森林生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的影響受到格外關(guān)注，不僅是森林生態(tài)管理的重要基礎(chǔ)，而且對我國政府制定氣候變化減緩政策具有重要指導(dǎo)意義。

目前研究土地利用變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量影響的方法主要包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、IPCC清單法和生態(tài)過程模型等。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪峭ㄟ^經(jīng)驗(yàn)關(guān)系建立統(tǒng)計(jì)相關(guān)模型來量化土地利用變化對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支的影響(付超et al.2012)。Houghton等建立的“薄記”(Bookkeeping)模型是目前研究土地利用變化對陸地生態(tài)碳收支影響最普遍和最廣泛的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型(Houghton et al.1983)。該模型基于土地利用變化速率以及與土地利用變化密切相關(guān)的、單位面積植被和土壤碳儲量的變化來計(jì)算區(qū)域碳收支變化量。在“薄記”(Bookkeeping)模型中給出了植被和土壤碳儲量對幾種典型土地利用變化的響應(yīng)曲線：森林砍伐、林產(chǎn)品收獲與造林、棄耕與開荒、草原拋荒與擴(kuò)張等。該模型經(jīng)過許多國內(nèi)外學(xué)者的不斷修正與完善，被廣泛用于估算區(qū)域和全球尺度上土地利用變化對森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響(葛全勝et al.2008)。但是土地利用變化是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，簿記模型是以植被和土壤碳儲量作為整個(gè)模型的重點(diǎn)，沒有考慮土地利用變化過程中土壤呼吸以及遺留下來的植被殘?bào)w氧化腐爛等過程所帶來的碳排放。此外，不同研究對土地利用變化速率計(jì)算方法以及碳密度數(shù)據(jù)獲取方式存在差異，使得Bookkeeping模型的估算結(jié)果存在較大不確定性(唐睿和彭開麗2018)。