【技术推文】生态系统碳库的遥感估算：森林碳储量、草地系统、城市扩张、区域能源消耗碳排放空间格局模拟、大气温室气体浓度的卫星监测、区域碳循环的遥感模拟与预测(遥感数据同化\模型驱动使用)

目录：

双碳目标下生态与农田系统温室气体排放模拟

双碳目标下基于遥感技术的碳库、碳平衡、温室气体、碳循环等多领域监测与模拟

以全球变暖为主要特征的气候变化已成为全球性环境问题，对全球可持续发展带来严峻挑战。2015年多国在《巴黎协定》上明确提出缔约方应尽快实现碳达峰和碳中和目标。2019年第49届 IPCC全会明确增加了基于卫星遥感的排放清单校验方法。随着碳中和目标以及全球碳盘点的现实压力，基于遥感技术的碳监测成为了领域热点。

卫星遥感具有客观、连续、稳定、大范围、重复观测的优点，已成为监测全球碳盘查不可或缺的技术手段，卫星遥感也正在成为新一代 、国际认可的全球碳核查方法。本内容梳理碳中和与碳盘点对卫星遥感的现实需求，系统回顾遥感技术在生态系统碳库盘查、碳源汇、碳循环以及人为源排放反演等领域的技术发展，以实践的角度切实解决遥感技术在生态、能源、大气等领域的碳排放监测及模拟问题

专题一 双碳视角下遥感技术的研究方向

双碳背景及遥感的现实需求

全球碳库、碳收支及碳循环现状

碳库、碳收支与碳循环中的遥感技术

专题二 生态系统碳库的遥感估算—以森林碳储量为例

碳储量估算的方法与原理

遥感数据的处理与特征参量的提取

特征参量重要性与敏感性分析

估算模型的构建与森林碳储量的估算

专题三 生态系统碳收支的遥感估算模拟—以草地系统为例

碳源/汇（碳平衡/碳收支）遥感指标(NEP，NPP等)基本概念

碳收支估算模拟的方法和原理

遥感及辅助数据的获取与处理

基于过程模型的NEP时空分布提取

专题四 土地利用变化碳排放效应的遥感监测—以城市扩张为例

土地利用变化碳排放估算的原理

大尺度土地利用变化数据的获取

高精度土地利用变化数据的制作

年际土地利用变化矩阵的制作

城市扩张碳排放效应的监测与制图

专题五 区域能源消耗碳排放空间格局模拟—基于夜间灯光数据

能源消耗碳排放核查的原理与方法

夜间灯光数据发展现状与获取

辅助数据的获取与处理

夜间灯光数据的处理

 基于夜间灯光数据碳排放模型的构建与修正

专题六 大气温室气体浓度的卫星监测—以甲烷浓度反演为例

地基、星载温室气体监测技术的发展

可用星载温室气体卫星现状及获取方式

温室气体浓度反演算法原理

甲烷浓度反演的实现

专题七 区域碳循环的遥感模拟与预测—遥感数据同化

数据同化原理

数据同化算法

数据同化系统

区域结果成图

专题八 区域碳循环的遥感模拟与预测—模型驱动使用

主流模型原理与优缺点（大气过程模型与生态过程模型）

模型的下载与安装

驱动数据的获取

模型驱动与参量调整

碳循环模拟结果出图

生态与农业是甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）和二氧化碳（CO2）等温室气体的主要

排放源，占全产业排放的 13.5%。农田温室气体又以施肥产生的 N2O 和稻田生产产生的 CH4为主， 如何对农田温室气体进行有效模拟，不确定性较大。

本内容将从碳库模拟、机器学习方法、生命周期评价法（LCA）、经验模型和过程模型多个维度讲解生态与农田温室气体排放的模拟

专题一 ： 温室气体排放 模拟研究

1. 生态、农田温室气体的前沿应用

控制温室气体排放的关键机制机理

温室气体的试验测量、卫星监测和模拟关键技术

农田温室气体排放的全球数据整合

温室气体排放的时空分布规律

气候变化对温室气体排放的影响

双碳目标下温室气体排放的减排潜力和减排措施

专题二 ： 生态与农田碳 库模型和土壤 呼吸

1 生态与农田主流碳库分解模型及 CO2 排放模拟

1 ） 碳库的概念

2 ） 一级动力学碳库方程

3 ） 主流碳库模型及其算法

4 ） R 语言编写主流碳库模型和土壤呼吸 CO 2 的模拟

5 ） 使用优化算法（ Nelder-Mead 、 GA 、 DE 、 MCMC 等）对模型优化

专题三 ： 生态与农田 CH4 和 N 2 O 排 放模拟算法

1. CH4 排放的模拟算法

1 ） 甲烷（ CH4 ）排放的过程

2 ） CH4 排放的模拟研究

3 ） 能斯特方程和氧化还原点位

4 ） 过程模型中 CH4 排放模拟的主流方法和模型

2. N 2 O 排放的模拟算法

1 ） 氧化亚氮（ N 2 O ）排放的过程（氮素的硝化作用与反硝化作用）

1 ） 过程模型中 N 2 O 排放模拟的主流方法和模型

2 ） N 2 O 排放的模拟练习

专题四 ： 基于机器学习 方法模拟温室 气体

1. 机器学习模型模拟温室气体排放

1 ） 机器学习模型模拟温室气体排放研究进展

2 ） 不同机器学习的比较

3 ） 利用机器学习进行全球温室气体排放制图

2. R 语言机器学习模型

1 ） R 语言机器学习原生包和机器学习模拟框架（ Caret ）

2） 机器学习特征工程、数据标准化等预处理、交叉验证和模型评价

3 ） 机器学习的参数优化和超参数寻优

4 ） 利用机器学习对温室气体排放进行解释

专题五 ： 基于生命周期 评价法的生态 与农田温室气 体排放估算

1 生命周期评价法

1 ） 生命周期评价法介绍

2 ） 生命周期排放清单数据库

2 自下而上的碳排放估算

1 ） 生命周期研究目标和范围的定义

2 ） 清单分析

3 ） 影响评价

4 ） 结果解释

3. 不同农业活动情景下农田温室气体排放估算

专题六 - 七 - 八 基于过程模型 的温室气体排 放模拟

1. DSSAT 模型土壤养分动态过程及温室气体排放的模拟

1 ） DSSAT 模型的 CH 4 模拟

2 ） DSSAT 模型的 N 2 O 模拟

3 ） DSSAT 模型的 CO 2 模拟

4 ） DSSAT 模型的总温室气体和作物生产模拟

2. DSSAT 模型的使用（气象、管理、土壤、品种文件的制备）

3. DSSAT 模型温室气体模拟的实操练习

4. 不同农田管理情景下温室气体的模拟

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