(12)發(fā)明專利(22)申請日2025.05.06(43)申請公布日2025.06.03地址350117福建省福州市倉山區(qū)上三號公司35100專利代理師陳明鑫蔡學(xué)俊(56)對比文件權(quán)利要求書4頁說明書16頁附圖3頁一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估本發(fā)明涉及一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法與系統(tǒng)，屬于林業(yè)碳中和領(lǐng)域。所述方法，包括：首先，基于3-PG模型表征采征林產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工、使用和廢棄的林產(chǎn)品系統(tǒng)自動校驗數(shù)據(jù)格式與范圍，若存在缺失或基于桉樹生長過程和桉樹伐后碳排放的碳收支模塊，數(shù)敏感性分析和率定基于模型參數(shù)敏感性分析和率定的結(jié)果，優(yōu)化參數(shù)，使用C++作為平臺進(jìn)行模擬基線情景桉樹碳收支。最后輸出桉樹單樹多年的碳收支(輸出結(jié)果格式為表格(xlsx)和柵格影像(.tif))2采用單位產(chǎn)品能源消耗限額估算運(yùn)輸過程和加工過程的碳排放量，不同運(yùn)輸方式和加為第i年和第i+1年使用產(chǎn)品或廢棄填埋部分木質(zhì)林產(chǎn)品的碳儲量；k為一階衰減法下的衰3其中，EVCi表示第i年總碳排放量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法，其特征在S1、對驅(qū)動基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式檢查，基于3-PG模型模擬桉樹的生長過程，并進(jìn)行碳固定S3、在樣地尺度或區(qū)域尺度上對改進(jìn)的3-PG模型進(jìn)行參數(shù)敏感性分析和參數(shù)率定；S4、基于基線情景或真實情景進(jìn)行桉樹全生命周期過程的碳收支計算。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法，其特征在氣溫和太陽輻射，立地條件包括海拔、緯度和土壤肥力，樣地生物量包括不同年份的基礎(chǔ)生物量。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法，其特征在S11、確定桉樹生長過程中的凈初級生產(chǎn)力，計算過程如PNj=0.47×fr×fF×fn×fc×φ×αcx×中pa;其中，PNj表示j月份桉樹生長過程中的凈初級生產(chǎn)力，fT、fF、fn、fc分別表示第一環(huán)境因子、第二環(huán)境因子、第三環(huán)境因子、第四環(huán)境因子，值為0-1之間；4表示綜合生理因子；αcx表示最大冠層量子效率，中pa表示植物吸收的有效光合作用；S12、根據(jù)桉樹生長過程中的凈初級生產(chǎn)力確定不同器官的碳固定量，計算過程如下：LVCsj=ηsPNj×CF其中，LVCsj、LVCRj、LVCFj分別代表j月份桉樹莖、根和葉的碳固定量，ηs、ηR、ηF分別代表凈初級生產(chǎn)力分配給莖、根和葉的系數(shù)；S13、根據(jù)不同器官的碳固定量確定桉樹每年總碳固定量，計算過程如下：45.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法，其特征在6.一種采用如權(quán)利要求1所述方法的基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)輸入模塊，獲取目標(biāo)研究區(qū)包括氣象數(shù)據(jù)、立地條件和樣地生物量的驅(qū)動基礎(chǔ)數(shù)桉樹全生命周期碳固定和碳排放模塊，表征桉樹生長過程中的參數(shù)敏感性分析和參數(shù)率定模塊，對模型進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，以得到對結(jié)果影響大碳收支模塊，基于最佳參數(shù)的模型中估算桉樹全生命碳收支7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算系統(tǒng)，其特征在PNj=0.47×fr×fF×fn×fc×56一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法與系統(tǒng)背景技術(shù)究其碳收支的研究還尚未見報道，這限制了我們?nèi)媪私忤駱鋄0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法與系能夠提供樣地尺度以及區(qū)域尺度桉樹經(jīng)濟(jì)林7[0015]△TPCi表示第i年運(yùn)輸過程的碳排放，CT表示木材運(yùn)輸過程的碳排放系數(shù)，第i年和第i+1年初使用產(chǎn)品或廢棄填埋部分木質(zhì)林產(chǎn)品的碳儲量；k為一階衰減法下的衰[0027]S3、在樣地尺度或區(qū)域尺度上進(jìn)行改進(jìn)的3-PG模型的參數(shù)敏感性分析和參數(shù)率8[0033]PNj表示j月份桉樹生長過程中的凈初級生產(chǎn)力，fT、fF、fn、fc均表植物吸收的有效光合作用；LVCsj=ηsPNj×CF035]LVCFj=ηFPNj×CFLVCRj=ηRPNj×CF[0036]其中LVCsj、LVCRj、LVCFj分別代表j月份桉樹莖、根和葉的固碳量，[0042]改進(jìn)的3-PG模型劃分為三個部分：碳固定、碳排放和碳收支；首先，采用基于貝葉斯統(tǒng)計方法的莫里斯全局敏感性分析方法對碳固定、碳排放和碳收支的結(jié)果進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，并挑選出碳固定、碳排放和碳收支各部分中對輸出結(jié)果影響較大的參數(shù)；而后，采用局部敏感性分析方法進(jìn)行校準(zhǔn)和驗證；[0044]通過利用碳固定、碳排放和碳收支三個部分的林分指標(biāo)的觀測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)之間的線性回歸擬合優(yōu)度來評價改進(jìn)的3-PG模型的擬合效果，采用決定系數(shù)、均方根誤差和相對均方根誤差3個指標(biāo)評價改進(jìn)的3-PG模型模擬林分生長的性能和準(zhǔn)確性。[0045]本發(fā)明還提供了一種采用如上述所述方法的基于全生命周期過程的桉樹碳收支[0046]數(shù)據(jù)輸入模塊，用于獲取目標(biāo)研究區(qū)包括氣象數(shù)據(jù)、立地條件、樣地生物量的驅(qū)動基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；[0047]桉樹全生命周期碳固定和碳排放模塊，用于表征桉樹生長過程中的碳固定和碳排[0048]參數(shù)敏感性分析和參數(shù)率定模塊，用于對模型進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，以得到對結(jié)9塊得到的最佳參數(shù)的模型中估算桉樹全生命碳收支，并輸出目標(biāo)研究區(qū)對應(yīng)的碳收支結(jié)[0053]PNj表示j月份按樹生長過程中的凈初級LVCsj=ηsPNj×CF率定，最后根據(jù)實際情況或設(shè)置不同情景模擬桉樹全生命周期中的碳碳收支模擬和估算；附圖說明[0061]圖1為基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法的步驟示意圖；[0062]圖2為基于全生命周期過程的桉樹經(jīng)濟(jì)林碳收支估算系統(tǒng)的模塊組成圖；[0063]圖3為計算機(jī)電子設(shè)備的組成示意圖；[0064]圖4為本實例估算桉樹全生命周期過程碳收支的具體流程圖。具體實施方式[0065]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。[0066]本發(fā)明提供了一種基于全生命周期過程的桉樹碳收支估算方法，在3-PG模型中增加林產(chǎn)品碳排放模塊，并對改進(jìn)的3-PG模型模擬性能進(jìn)行評估及參數(shù)校正，以模擬桉樹全生命周期的碳收支過程。其主要操作步驟如下：首先，基于原始3-PG模型表征采伐收獲的林產(chǎn)品過程，并增加基于追蹤記賬法表征林產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工、使用和廢棄的林產(chǎn)品碳排放模塊；其次，基于桉樹樣地數(shù)據(jù)對改進(jìn)的3-PG模型模擬性能進(jìn)行評估并進(jìn)行參數(shù)校正；最后，基于校驗過的改進(jìn)3-PG模型模擬桉樹全生命周期的碳收支過程。[0067]如圖1所示，在本發(fā)明的一個較佳實施例中，提供了一種基于全生命周期過程的桉樹經(jīng)濟(jì)林碳收支估算方法，其步驟包括：[0068]S1、獲取目標(biāo)研究區(qū)的氣象數(shù)據(jù)(包括降水、氣溫、太陽輻射等)、立地條件(海拔、緯度、土壤肥力等)、樣地生物量(作為驅(qū)動的基礎(chǔ)生物量數(shù)據(jù)，以及進(jìn)行對比驗證使用)。需要說明的是不同區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)搜集方式和時間、空間尺度不同，需要根據(jù)模擬區(qū)域?qū)庀髷?shù)據(jù)轉(zhuǎn)為以月為步長的數(shù)據(jù)。同時模擬區(qū)域的驅(qū)動初始和驗證的生物量數(shù)據(jù)需要根據(jù)不同區(qū)域本地的異速生長方程所求。[0069]本發(fā)明的實施例中首先將氣象站的逐小時降水(mm)、溫度(℃)、太陽輻射(MJ/m1)等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為月尺度數(shù)據(jù)，其次按照格式將樣地的立地條件以記事本的格式輸入到系統(tǒng)上，最后通過異速生長方程求出根莖葉生物量(t/ha),注意這里除了初始的生物量外，還必須計算不同年份生物量作為模型模擬后續(xù)對比驗證。[0070]基于3-PG模型模擬桉樹的生長過程進(jìn)行碳固定估算的方式，具體如下：[0071]1.1)凈初級生產(chǎn)力[0073]PN;表示j月份桉樹生長過程中的凈初級生產(chǎn)力，fr、fF、fn、fc均表示環(huán)境因子，值為0-1之間；4表示綜合生理因子；αcx表示最大冠層量子效率，中pa表示植物吸收的有效光合作用；[0074]1.2)不同器官的碳固定量LVCsj=ηsPNj×CF[0080]S2、基于模擬的桉樹生長過程對桉樹的林產(chǎn)品碳排放模塊進(jìn)行定義(即進(jìn)行碳排式消耗的能源不同，釋放的溫室氣體量也不同。該過運(yùn)方式的單位周轉(zhuǎn)量碳排放因子計算運(yùn)輸方面的碳排放。不同林產(chǎn)品類型加工過程不同，3),△PPCi表示第1年加工過程造成的碳排放，CP表示木材加工過程碳排放系數(shù)(t/m0096]△WPCi表示第i年林產(chǎn)品使用和廢棄過程中碳排放，C(i)和C(i+1)分別為第i年和第i+1年初使用產(chǎn)品或廢棄填埋部分木質(zhì)林產(chǎn)品的碳儲量；k為一階衰減法下的衰的區(qū)域需要對某些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化校準(zhǔn)。本發(fā)明采用基于貝葉斯統(tǒng)敏感性分析，以較低的計算成本給出模型參數(shù)的敏感性相對大小，其運(yùn)用基效應(yīng)值[0114]為了提高模型的性能和實用性，本發(fā)明將2/3的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模型校準(zhǔn)，1/3用于模型驗證。本發(fā)明通過利用胸徑、葉生物量、根生物量、莖生物量等林分指標(biāo)的觀測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)之間的線性回歸擬合優(yōu)度來評價3-PG模型的擬合效果。采用決定系數(shù)(R2)、均方根誤差(RMSE)和相對均方根誤差(RRMSE)3個指標(biāo)評價3-PG模型模擬林分生長的性能和準(zhǔn)系列觀測數(shù)據(jù)的平均值，用簡單線性回歸來評估與觀測相關(guān)的模型的性能。[0119]S4、設(shè)置基線情景(真實情景)模擬桉樹全生命周期過程的碳收支。本發(fā)明提供不同情景模擬桉樹碳收支(根據(jù)文獻(xiàn)資料、桉樹培育規(guī)程和國家林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)得出),用戶也可以直接設(shè)置。本發(fā)明提供的基線情景(真實情景)如表4所示，基線情景是基于現(xiàn)有統(tǒng)計資料而設(shè)置的情景，而實驗情景時基于基線情景設(shè)置不同種植設(shè)計、采伐管理和林產(chǎn)品生產(chǎn)配置下的實驗情景，用戶可以根據(jù)需求自行設(shè)計模擬情景具體的參數(shù)值。[0120]上述S1~S4所示的桉樹全生命周期過程碳收支的估算分類方法步驟，本質(zhì)上可以以計算機(jī)程序(以C++版本)的形式來實現(xiàn)。[0121]另外，基于同一發(fā)明構(gòu)思，如圖2所示，本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)3-PG模型表征桉樹全生命周期碳收支的系統(tǒng)，其包括：[0122]數(shù)據(jù)輸入模塊，用于獲取目標(biāo)研究區(qū)的氣象數(shù)據(jù)(包括降水、氣溫、太陽輻射等)、立地條件(海拔、緯度、土壤肥力等)、樣地生物量(作為驅(qū)動的基礎(chǔ)生物量數(shù)據(jù)和進(jìn)行對比驗證);[0123]桉樹全生命周期碳固定和碳排放模塊，用于表征桉樹生長過程中的碳固定和碳排[0124]參數(shù)敏感性分析和校正模塊，用于對模型進(jìn)行參數(shù)敏感性分析，以得到對結(jié)果影[0125]碳收支模塊，用于將數(shù)據(jù)輸入模塊中輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過參數(shù)敏感性分析和參數(shù)率定模塊得到的最佳參數(shù)的模型中估算桉樹全生命碳收支，輸出目標(biāo)研究區(qū)對應(yīng)的碳收支結(jié)果(樣地尺度(.xlsx)或空間分布圖(.tif))。[0126]同樣的，基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序/指令，該計算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時，能實現(xiàn)如前所述的基于全生命周期過程的桉樹經(jīng)濟(jì)林碳收支估算方法。[0127]此外，上述的存儲器中的邏輯指令可以通過軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可以是個人計算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。[0128]由此，基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明提供了一種基于全生命周期過程的桉樹經(jīng)濟(jì)林碳收支估算方法對應(yīng)的一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，該所述存儲介質(zhì)上存儲有計算機(jī)程序，當(dāng)所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時，能實現(xiàn)如前所述的基于全生命周期過程的桉樹經(jīng)濟(jì)林碳收支估算方法與系統(tǒng)。[0129]由此，基于同一發(fā)明構(gòu)思，如圖3所示，本發(fā)明還提供了與上述實施例提供的一種基于多基于全生命周期過程的桉樹經(jīng)濟(jì)林碳收支估算方法對應(yīng)的一種計算機(jī)電子設(shè)備，其包括存儲器和處理器；[0131]所述處理器，用于當(dāng)執(zhí)行所述計算機(jī)程序時，實現(xiàn)如前所述的基于全生命周期過程的桉樹經(jīng)濟(jì)林碳收支估算方法；[0132]具體而言，在上述三個實施例的計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲的計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行，可執(zhí)行前述S1~S4的步驟。[0133]可以理解的是，上述存儲介質(zhì)可以包括隨機(jī)存取存儲器(RandomAccessMemory,RAM),也可以包括非易失性存儲器(Non-VolatileMemory,NVM),例如至少一個磁盤存儲器。同時存儲介質(zhì)還可以是U盤、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。[0134]可以理解的是，上述的處理器可以是通用處理器，包括中央處理器(CentralProcessingUnit,CPU)、網(wǎng)絡(luò)處理器(NetworkProcessor,NP)等；還可以是數(shù)字信號處理Circuit,ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(Field-ProgrammableGateArray,FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。[0135]另外需要說明的是，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。在本申請所提供的各實施例中，所述的系統(tǒng)和方法中對于步驟或者模塊的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個模塊或步驟可以結(jié)合或者可以集成到一起，一個模塊或者步驟亦可進(jìn)行拆分。實施例[0136]下面將基于某省某林場的樣地數(shù)據(jù)作為實例進(jìn)行桉樹全生命周期碳收支估算，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。[0137]本實施例中，一種基于全生命周期下的桉樹碳收支估算方法具體流程如圖4所示，其步驟包括：[0138]步驟1、獲取目標(biāo)研究區(qū)的氣象數(shù)據(jù)(包括降水、氣溫、太陽輻射等)、立地條件(海拔、緯度、土壤肥力等)、樣地生物量(作為驅(qū)動的基礎(chǔ)生物量[0139]本實施例中，研究區(qū)為某省某林場的樣地，氣象數(shù)據(jù)來源于某氣象站點(diǎn)實測，立地條件則為樣地調(diào)查。而樣地生物量則根據(jù)某省本地桉樹的異速生長方程估算出來。[0140]首先將氣象站的逐小時降水(mm)、溫度(℃)、太陽輻射(MJ/m?1)等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為月尺度數(shù)據(jù)，其次按照格式將樣地的立地條件以記事本的格式輸入到系統(tǒng)上，最后通過異速生長方程求出根莖葉生物量(t/ha),注意這里除了初始的生物量外，還必須計算不同年份生物量作為模型模擬后續(xù)對比驗證。[0141]生物量計算公式如表1所示：植被器官莖枝根葉[0143]基于3-PG模型模擬桉樹的生長過程進(jìn)行碳固定估算的方式，具體如下：[0144]1.1)凈初級生產(chǎn)力[0146]PN;表示j月份桉樹生長過程中的凈初級生產(chǎn)力，fr、fF、fn、fc均表示環(huán)境因子，值為0-1之間；4表示綜合生理因子；αcx表示最大冠層量子效率，中pa表示植物吸收的有效光合作用；[0147]1.2)不同器官的碳固定量LVCRj=nRPN;×CF為木材基本密度(Mg/m?3),取0.5901,CF為桉時間；3),取0.00010281,△PPCi表示第i年加工過程造成的碳排放，CP表示木材加工過程碳[0167]Inflow(i)=H×D×CF第i年和第i+1年初使用產(chǎn)品或廢棄填埋部分木質(zhì)林產(chǎn)品的碳儲量；k為一階衰減法下的衰Inflow(i)為第i年新造產(chǎn)品或流入固體廢棄物填埋場的碳量；CF為桉樹木材的含碳系數(shù)表2基于某林場樣地數(shù)據(jù)的驗證結(jié)果莖根葉量模型率定P模型P[0176]碳固定和碳排放即整個全生命周期過程碳收支模塊的重要參數(shù)表如表3所示：參數(shù)名稱定義值胸徑等于2cm的葉莖比1胸徑等于20cm葉莖比大比例小比例葉子的最大凋落率落率植被能夠生長的最低溫度℃植被能夠生長的最佳溫度℃植被能夠生長的最高溫度℃幼林的比葉面積成林的比葉面積4最大冠層量子效率Y廢棄處理方式占比D木材基本密度均為0.18,露天或填埋為0.82半衰期35年分解系數(shù)步驟4、設(shè)置基線情景(真實情景)模擬桉樹全生命周期過程的碳收支(根據(jù)文獻(xiàn)資料、桉樹培育規(guī)程和國家林業(yè)標(biāo)準(zhǔn)得出),用戶也可以直接設(shè)置。本發(fā)明提供的