一种无瓣海桑生态系统碳储量估算方法及系统

本技术涉及碳汇监测领域，具体而言，涉及一种无瓣海桑生态系统碳储量估算方法及系统。

背景技术：

1、红树林是重要的蓝碳生态系统，其碳汇能力评估是实现“双碳”目标的关键环节。无瓣海桑因其生长迅速、适应性强，被广泛引种用于红树林生态修复，已成为我国南方红树林的重要组成部分。然而，其作为外来种的快速扩张也带来了生态管理挑战。精确量化无瓣海桑的碳汇贡献，对于科学评估其生态效益、制定差异化管理策略至关重要。传统的样地调查法成本高昂、效率低下，难以满足大范围、动态监测的需求。遥感技术凭借其宏观、快速的优势，成为红树林碳储量估算的主流手段。

2、但现有遥感方法未考虑无瓣海桑等高生产力树种与本土树种的巨大差异，导致在无瓣海桑空间分布区碳储量被低估，在本土树种区可能被高估，整体精度不高，无法为无瓣海桑这一特定树种的碳汇交易或生态效益评估提供精准数据。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供了一种无瓣海桑生态系统碳储量估算方法及系统，用以解决现有技术无法实现对无瓣海桑这一关键树种的精准、完整碳汇核算的技术问题。

2、本技术的第一方面提供一种无瓣海桑生态系统碳储量估算方法，所述方法包括：

3、获取目标区域的无瓣海桑空间分布，并从无瓣海桑空间分布中筛选出无瓣海桑植被盖度符合预设植被盖度条件的斑块，作为无瓣海桑单优群落；

4、构建目标区域的无瓣海桑单优群落全域五维遥感特征集；

5、基于全域五维遥感特征集及预先训练的树高反演模型，得到全域树高空间分布；

6、基于全域树高空间分布，利用预先建立的树高胸径异速生长模型及地上生物量异速生长方程，计算得到全域地上生物量空间分布，并利用含碳系数转换为全域地上碳密度空间分布；

7、基于全域地上碳密度空间分布及通过文献调研确定的根冠比系数和凋落物分配系数，分别计算得到全域地下碳密度空间分布和全域凋落物碳密度空间分布；

8、利用预先构建的土壤有机碳预测模型，基于所述全域五维遥感特征集与全球红树林土壤有机碳先验数据，得到全域土壤有机碳密度空间分布；

9、将全域地上碳密度空间分布、全域地下碳密度空间分布、全域凋落物碳密度空间分布和全域土壤有机碳密度空间分布进行像元级叠加融合，得到无瓣海桑生态系统全碳储量空间分布。

10、可选的，所述方法还包括：

11、在研究区域布设地面样方，通过无人机激光雷达获取样方树高真值，并实测样方胸径真值、地上生物量真值、土壤有机碳密度真值；

12、构建研究区域的无瓣海桑单优群落专用五维遥感特征集；

13、基于研究区域的专用五维遥感特征集及树高真值，训练得到树高反演模型；

14、基于研究区域的树高真值与胸径真值，构建无瓣海桑专属树高胸径异速生长模型；

15、基于研究区域的树高真值、胸径真值与地上生物量真值，构建无瓣海桑专属地上生物量异速生长方程；

16、基于研究区域的专用五维遥感特征集、全球红树林土壤有机碳先验数据、地上生物量真值、土壤有机碳密度真值、环境因子数据，训练得到土壤有机碳预测模型。

17、可选的，所述通过无人机激光雷达获取样方树高真值包括：

18、对于无人机激光雷达航测的点云数据，采用渐进三角网加密滤波算法分离地面点与植被点，分别生成数字高程模型和数字表面模型，经差值计算得到冠层高度模型，并采用局部最大值法提取单木位置及树高真值。

19、可选的，所述树高胸径异速生长模型为：；

20、其中，、为常数，为树高，为胸径。

21、可选的，其特征在于，地上生物量异速生长方程为：；

22、其中，、为异速生长方程系数，为地上生物量。

23、可选的，所述获取目标区域的无瓣海桑空间分布包括：

24、获取覆盖目标区域的卫星时序遥感影像；

25、利用预设的无瓣海桑遥感识别算法对卫星时序遥感影像进行识别，得到无瓣海桑空间分布。

26、可选的，所述无瓣海桑遥感识别算法的决策规则设定为：sentinel-1vh极化后向散射系数≥-14.390且sentinel-2b11短波红外波段反射率<0.084。

27、可选的，所述构建目标区域的无瓣海桑单优群落全域五维遥感特征集包括：

28、获取目标区域的多源卫星遥感数据与星载激光雷达数据；

29、基于获取的多源卫星遥感数据与星载激光雷达数据，构建全域五维遥感特征集；

30、其中，所述全域五维遥感特征集包括：光谱维度特征、空间维度特征、时间维度特征、后向散射维度特征、点云维度特征。

31、可选的，所述基于全域树高空间分布，利用预先建立的树高胸径异速生长模型及地上生物量异速生长方程，计算得到全域地上生物量空间分布包括：

32、将全域树高空间分布代入树高胸径异速生长模型，得到全域胸径空间分布；

33、基于胸径空间分布和地上生物量异速生长方程，计算得到全域地上生物量空间分布。

34、本技术的第二方面提供一种无瓣海桑生态系统碳储量估算系统，所述系统包括：

35、单优群落划定单元，用于获取目标区域的无瓣海桑空间分布，并从无瓣海桑空间分布中筛选出无瓣海桑植被盖度符合预设植被盖度条件的斑块，作为无瓣海桑单优群落；

36、遥感特征构建单元，用于构建目标区域的无瓣海桑单优群落全域五维遥感特征集；

37、全域树高反演单元，用于基于全域五维遥感特征集及预先训练的树高反演模型，得到全域树高空间分布；

38、地上生物计算单元，用于基于全域树高空间分布，利用预先建立的树高胸径异速生长模型及地上生物量异速生长方程，计算得到全域地上生物量空间分布，并利用含碳系数转换为全域地上碳密度空间分布；

39、地下生物计算单元，用于基于全域地上碳密度空间分布及通过文献调研确定的根冠比系数和凋落物分配系数，分别计算得到全域地下碳密度空间分布和全域凋落物碳密度空间分布；

40、土壤密度计算单元，用于利用预先构建的土壤有机碳预测模型，基于所述全域五维遥感特征集与全球红树林土壤有机碳先验数据，得到全域土壤有机碳密度空间分布；

41、全碳储量输出单元，用于将全域地上碳密度空间分布、全域地下碳密度空间分布、全域凋落物碳密度空间分布和全域土壤有机碳密度空间分布进行像元级叠加融合，得到无瓣海桑生态系统全碳储量空间分布。

42、本技术从目标区域的无瓣海桑空间分布中筛选出无瓣海桑植被盖度符合预设植被盖度条件的斑块，作为无瓣海桑单优群落，通过限定单优群落，避免混交林带来的估算偏差，提高碳储量核算的针对性与准确性；通过构建全域五维遥感特征集，全面表征植被结构与生长状态，为后续反演提供高鲁棒性输入；基于全域五维遥感特征集及预先训练的树高反演模型，得到全域树高空间分布，实现树高从样点实测到全域空间化反演，满足大范围快速监测需求；通过全域树高空间分布计算得到全域地上生物量空间分布，并利用含碳系数转换为全域地上碳密度空间分布；基于全域地上碳密度空间分布及通过文献调研确定的根冠比系数和凋落物分配系数，分别计算得到全域地下碳密度空间分布和全域凋落物碳密度空间分布，保证碳库核算完整性；利用预先构建的土壤有机碳预测模型，基于所述全域五维遥感特征集与全球红树林土壤有机碳先验数据，得到全域土壤有机碳密度空间分布，解决地下碳库难以大范围观测的问题；最后通过像元级融合实现全域地上碳密度空间分布、全域地下碳密度空间分布、全域凋落物碳密度空间分布和全域土壤有机碳密度空间分布的统一核算，输出高精度、空间连续的总碳储量分布。本技术突破了现有技术仅关注地上生物量的局限，通过对地上、地下、凋落物及土壤有机碳的同步核算，完整覆盖了红树林生态系统的碳库，让无瓣海桑碳储量估算结果能真实反映自身的碳汇能力，在保障核算精度的同时显著提升了实施效率，有效解决了传统红树林碳储量估算中树种混杂、碳库核算不全的核心问题。