卫星遥感——为湿地碳汇提供科学依据

碳汇量估算

在全球碳循环中，湿地生态系统作为生态系统的重要类型，其碳循环及碳收支的动态变化研究在全球碳收支平衡中扮演着重要角色。湿地作为陆地生态系统最重要的碳库之一，虽然仅占陆地表面的6%左右，但其土壤碳储量占陆地土壤总碳储量的10%—30%，其碳贮存能够消减大气日益增加的CO2，在稳定全球气候、减缓温室效应方面发挥着重要作用。

近年来，由于气候变化和人类活动的干扰，湿地面积大幅度萎缩，其正常的生态系统碳循环过程也发生了巨大的变化。深入开展湿地固碳能力及其对区域环境的影响研究，对于量化全球气候变化条件下敏感区域湿地生态系统的固碳功能具有重要意义 。  在全球气候变化的背景下，湿地生态系统固碳减排研究已逐渐成为全世界共同关注的课题。

我国是世界上湿地类型多 、面积大 、分布广的国家之一 ，面积为0.65亿h㎡ ，占世界湿地总面积的10%，位居亚洲第一、世界第四，固碳潜力巨大，但不同类型湿地的固碳能力差异较大。

芦苇湿地作为世界上分布最广泛的湿地类型之一，在湿地碳收支的研究中占有重要的地位。   本文以某芦苇湿地生态系统为研究对象，采用遥感反演估测与地面数据辅助相结合的方法对湿地生物固碳能力进行估算与分析，为保护和合理利用湿地资源以及应对全球气候变化提供科学依据。

 技术方案

技术路线

在湿地碳汇量估算中，主要以多光谱高分辨率卫星影像为主要数据源，并对遥感影像进行辐射校正和正射校正等数据预处理。利用面向对象技术自动化提取芦苇湿地，得到研究区芦苇湿地分布范围，并对研究区芦苇湿地的碳汇量相关的遥感因子参数进行反演，在此基础上通过反演模型得到研究区芦苇碳汇量空间分布图。

遥感影像预处理

在利用多光谱遥感影像作为数据源，进行碳汇量反演前，需要对数据进行辐射校正、辐射定标、大气校正、正射校正、影像镶嵌和裁剪等操作。

• 辐射校正

辐射校正主要是用来消除传感器因自身条件、大气条件、太阳位置和角度条件及某些不可避免的噪声等因素，引起传感器所得到的目标测量值与目标的光谱发射率或光谱辐亮度等物理量之间的差异。辐射校正主要包括辐射定标和大气校正两部分。

• 辐射定标

辐射定标是将接收的遥感数据，通常是影像灰度值转换为实际的物理量（如辐射亮度值、地面反射率等），主要是消除传感器本身的误差，确定传感器入口处的准确辐射值。辐射定标分为绝对辐射定标和相对辐射定标。

• 大气校正

大气校正，主要是消除大气影响造成的辐射误差，获取地面真实反射率的过程。地面传感器最终接收得到的目标总辐射亮度不是地表真实发射率，会受大气中的气溶胶散射和太阳光照等因素影响。

• 正射校正

正射校正是对影像空间和几何畸变进行校正，消除影像倾斜和投影误差，从而输出多中心投影平面正射影像的处理过程。

• 影像镶嵌和裁剪

利用ENVI处理软件，将覆盖研究范围的相同数据源的遥感影像进行镶嵌，并按照研究区矢量范围对镶嵌后影像进行裁剪，得到芦苇研究区的影像。

▲多光谱遥感影像中芦苇的分布图

研究方法

在研究中，主要采用面向对象的方法对遥感影像的芦苇湿地进行自动化提取，主要分为自然芦苇区和人工芦苇区，并利用遥感影像的光谱信息，对研究区范围内碳汇量相关遥感因子进行反演，并综合多个遥感因子参数得到综合碳汇量估算。

 遥感反演结果

2022年碳汇量分布

根据样地调研数据计算得出研究区碳汇量，选取2022年1月、6月和9月三个不同季节的遥感数据，结合植被指数 NDVI、MSAVI、RVI、SAVI、DVI 与样地点碳汇量进行相关性分析，建立最佳测算回归模型，对芦苇湿地碳汇量进行反演估算。通过碳汇量遥感估算模型，得到研究区内不同季节期间内逐月碳汇量的空间分布情况，如上图所示，反映了2022年三个季节不同月份芦苇碳汇量的分布状况，芦苇的固碳能力受季节因素影响较大；1月春季期间，固碳能力较弱，几乎没有；6月夏季期间，固碳能力随着芦苇的生长逐渐增强；从9月芦苇的固碳能力开始减弱。

以芦苇湿地生态系统为研究对象 ，采用外业调查和遥感解译估测相结合的方法，可对湿地固碳能力进行估算与分析 ，并根据当地的实际发展情况及国民经济和社会发展对碳汇潜力进行预估，为保护和合理利用芦苇湿地资源以及应对全球气候变化提供科学依据 。