[发明专利]一种森林碳通量计量系统及方法

说明书

本发明公开了一种森林碳通量计量系统及方法。该系统包括数据处理终端和数据采集装置，数据采集装置包括无线数据转发模块和位于树木冠层中不同高度的多个数据采集模块，数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器和无线通讯模块，无线通讯模块分别与温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器电连接，无线通讯模块通过无线网络与无线数据转发模块无线连接，无线数据转发模块通过无线网络与数据处理终端无线连接。本发明在森林不同冠层位置布置数据采集模块采集温度数据、湿度数据、光照数据和CO₂浓度数据，计算出测量区域内的碳通量值，能很好的表示测量区域内碳通量时空分布特征。

技术领域

本发明涉及碳通量计量技术领域，尤其涉及一种森林碳通量计量系统及方法。

背景技术

碳循环，是指碳元素在地球上的生物圈、岩石圈、水圈及大气圈中交换，并随地球的运动循环不止的现象。生物圈中的碳循环主要表现在绿色植物从大气中吸收二氧化碳，在水的参与下经光合作用转化为葡萄糖并释放出氧气，有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物的过程。近代以来，工业革命加快了人类的发展步伐，却也加剧了煤、石油等化石燃料的开采使用，导致大气中CO2和CH4等温室气体的浓度急剧上升。据研究显示，全球大气CO2浓度从18世纪中叶的280mol/mol增加到了380mol/mol，并且还在持续上升。这种情况下，一系列严重的环境问题将会变得非常严重。在此形势下，国际地圈生物圈计划(IGBP)、世界气候研究计划(WCRP)和全球变化的人为因素计划(IHDP)等将遏制温室气体排放，阻止大气二氧化碳浓度升高定位为核心任务。1992年，《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)签订，作为最早的10个缔约方之一，我国的节能减碳任务十分艰巨。2005年2月16日开始生效的《京都议定书》在3.3和3.4中首次明确提出人类可以通过对陆地生态系统的有效管理来增加其固碳能力，并且管理成效可以部分抵消承担国家的碳减排份额。森林生态系统作为陆地生物圈中的重要组成部分，其生物量和净生态系统生产力占陆地生态系统总量的86％和70％。所以，研究森林系统的碳循环通量具有十分重大的意义。

现阶段，应用于生态系统碳通量的监测模型研究已经十分多样，大量的科学家从事这方面的研究，并且在各种森林环境中得到了良好的应用。只是，由于森林环境的多样，各种环境重要指标存在空间异质性。例如，坡向导致的光热水汽的分布不均、林型(落叶、常绿林)不同导致林下的土壤呼吸各异等原因使得森林碳通量计量模型缺乏代表性，只能随着监测环境的不同调整模型或者使用其他模型来进行碳通量的计量。目前，基于涡度相关方法的碳通量计量模型是使用最广泛的模型方法，该方法通过建设四十多米高的通量塔并布设多层高精度的传感器获取物理量与环境风速脉动，通过它们的协方差来获取通量值。这种方法相对比较成熟。然而，通过涡度相关法获取的碳通量值是代表大范围区域的，对于测量区域内的通量时空分布不能很好的表示。而且，建造一个通量塔价格昂贵，不能大范围的布置通量塔以获得通量值的时间空间分布。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种森林碳通量计量系统及方法，其在森林不同冠层位置布置数据采集模块采集温度数据、湿度数据、光照数据和CO₂浓度数据，计算出测量区域内的碳通量值，能很好的表示测量区域内碳通量时空分布特征，设备简单，能很好的普及大范围应用。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种森林碳通量计量系统，包括数据处理终端和数据采集装置，所述数据采集装置包括无线数据转发模块和位于树木冠层中不同高度的多个数据采集模块，所述数据采集模块包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器和无线通讯模块，所述无线通讯模块分别与温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器电连接，所述无线通讯模块通过无线网络与无线数据转发模块无线连接，所述无线数据转发模块通过无线网络与数据处理终端无线连接。