一种基于承载力-适宜性的近海碳汇功能区划分方法与流程

本发明涉及环境保护，尤其涉及一种基于承载力-适宜性的近海碳汇功能区划分方法。

背景技术：

1、随着全球气候变化带来的影响日益加剧，海洋碳汇作为调节大气中二氧化碳浓度的关键生态系统功能，受到了广泛关注，特别是在近海区域，包括滨海湿地、河口和陆架区域，其碳汇功能对于缓解温室气体的累积具有不可或缺的作用，然而，这些区域的碳汇能力受到多种因素的影响，包括自然条件的变化和人为活动的干扰，这些因素均可能导致碳汇能力的波动和退化，当前的挑战在于，如何准确测定不同海洋区域的碳汇承载力，并对这些区域进行有效管理，以最大化其碳汇潜力。

2、现有的碳汇评估与管理技术尚存在一些不足，首先，现有方法往往未能提供一个综合的评估框架，以量化并综合考虑碳汇容量和碳汇适宜性等多个关键指标，其次，现有的管理措施缺乏对碳汇功能区动态变化的适应性管理，导致无法及时应对由环境变化引起的碳汇能力调整，此外，当前方法在空间化表达和精细化管理方面的能力有限，难以有效支持复杂的决策制定和区域管理策略的优化。

3、因此，迫切需要开发一种新的方法，不仅能够准确地评估并划分近海碳汇功能区，同时也能实现功能区的动态管理和细致化操作，以提高管理效率和应对能力。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种基于承载力-适宜性的近海碳汇功能区划分方法。

2、一种基于承载力-适宜性的近海碳汇功能区划分方法，包括以下步骤：

3、s1：集成滨海湿地、河口和陆架区域的多源空间数据，形成涵盖t1层级、t2层级和t3层级的多维数据集；

4、s2：通过对集成的数据进行综合分析，以评估滨海湿地、河口和陆架区域的碳汇容量和质量，并通过标准化处理确保数据在不同时段的可比性，从而明确各区域在预定时空条件下的碳汇承载能力；

5、s3：结合s2中明确的承载力评估结果，与各类外界影响因子的时空图层进行耦合分析，评估各区域碳汇功能与外界因素的空间耦合关系，最终确定各区域的碳汇适宜性；

6、s4：根据s3中的适宜性评估结果，在t1层级下划定碳汇功能区的源汇边界，确定强汇区、弱汇区、弱源区和强源区；在t2层级下，划定碳汇功能区的生态边界，确定碳汇功能重要区与脆弱区；在t3层级下，基于适宜性评估结果，划定人工增汇适宜区与优先区的边界；

7、s5：结合长时序数据与实时监测数据，对s4中划定的功能区边界进行动态调整；

8、s6：将滨海湿地、河口、陆架区域的碳汇核算方法进行整合，形成高精度的碳汇定量化和空间化核算方法，进行碳汇功能区的精细化管理，并编制碳储量-碳通量收支清单；

9、s7：根据s4和s5划定的碳汇功能区，制定相应的分区管理措施。

10、可选的，所述s1具体包括：

11、s11：获取滨海湿地、河口和陆架区域的多源空间数据，所述数据包括多光谱遥感影像、雷达数据、激光雷达数据以及现场采样数据，并通过数据融合技术对多源数据进行预处理，确保各数据集的时空分辨率一致，消除不同数据源之间的偏差和噪声；

12、s12：在预处理的数据基础上，对滨海湿地、河口和陆架区域的空间数据进行分类，分别提取各区域的碳汇相关信息，包括植被覆盖、沉积物类型、海水温度和盐度，并对数据进行分类；

13、s13：基于分类结果，构建符合t1层级、t2层级和t3层级的多维数据集，分别对应全中国海、近海碳汇功能区和人工增汇区的空间分辨率要求，具体对t1层级数据集的空间分辨率设定为2公里，对t2层级数据集的空间分辨率设定为250米，对t3层级数据集的空间分辨率设定为10米，时间分辨率分别为逐月、逐小时和每5天，形成最终的多维数据集。

14、可选的，所述s2具体包括：

15、s21：对集成的滨海湿地、河口和陆架区域的数据进行初步处理，包括数据的清洗、去噪和异常值剔除；

16、s22：基于初步处理后的数据，对滨海湿地、河口和陆架区域的碳汇容量进行量化评估，具体包括对植被碳汇、沉积物碳汇和海水碳汇进行分区分析；其中，植被碳汇通过分析植被覆盖率和生物量估算固碳量，沉积物碳汇通过沉积物类型和深度评估沉积物中的碳储量，海水碳汇则通过分析海水中的co2通量和溶解无机碳量来计算；

17、s23：在s22的量化评估基础上，对碳汇质量进行综合分析，包括对固碳速率和碳汇持续性等指标的评估；具体采用时间序列分析技术，对不同时间点的数据进行比对，评估碳汇功能的持续性和稳定性；

18、s24：对评估结果进行标准化处理，具体包括对不同时间点的碳汇数据进行归一化和标准差调整，以消除不同时间段之间的系统性偏差；

19、s25：基于标准化处理后的数据，综合考虑碳汇容量和碳汇质量两方面的评估结果，明确各区域在预定时空条件下的碳汇承载能力；具体通过对各项数据的权重分析和综合评分，最终确定滨海湿地、河口和陆架区域的碳汇承载能力。

20、可选的，所述s25具体包括：

21、s251：在标准化处理后的数据基础上，对碳汇容量和碳汇质量分别进行权重分配；

22、s252：对每个区域的碳汇容量和碳汇质量分别进行评分，包括碳汇容量评分和碳汇质量评分；

23、s253：综合评分，结合s252中获得的碳汇容量评分和碳汇质量评分，通过以下公式计算每个区域的综合碳汇承载能力评分：，其中，表示区域的综合碳汇承载能力评分，表示碳汇容量评分，表示碳汇质量评分；

24、s254：根据s253中的综合评分结果，将各区域划分为不同的碳汇承载能力等级，通过设定评分阈值和，将评分高于的区域划分为高承载能力区域，评分介于和之间的区域划分为中承载能力区域，评分低于的区域划分为低承载能力区域。

25、可选的，所述s3具体包括：

26、s31：获取各类外界影响因子的时空图层数据，所述外界影响因子包括海水温度、盐度、海流速率、营养物质浓度和光照强度；

27、s32：将s31中的外界影响因子的时空图层数据与s2中明确的碳汇承载力评估结果进行耦合分析，具体包括利用空间回归分析方法，计算各区域碳汇承载力与外界影响因子的相关性；

28、s33：根据s32中的空间回归分析结果，评估各外界影响因子对碳汇承载力的影响程度，通过计算标准化回归系数，判断各区域碳汇功能与外界因素的空间耦合关系，得到每个区域的碳汇适宜性评分；

29、s34：综合各区域的碳汇适宜性评分，根据设定的评分阈值，将各区域划分为高适宜性、中适宜性和低适宜性区域；其中高适宜性区域对应的适宜性评分大于预定阈值，中适宜性区域的评分介于阈值和之间，低适宜性区域的评分低于阈值。

30、可选的，所述s4具体包括：

31、s41：在t1层级下，根据s3中的碳汇适宜性评估结果，划定碳汇功能区的源汇边界，具体根据适宜性评分的分布，设定用于划分碳汇功能区的阈值，其中，设定高适宜性评分阈值和低适宜性评分阈值，当区域的适宜性评分大于时，将其划定为强汇区；当评分介于和之间时，划定为弱汇区；当评分低于时，划定为弱源区或强源区；强源区与弱源区的划分还通过对s3中评估的碳汇承载力进行分析，当承载力值低于某一设定阈值时，则被定义为强源区，反之为弱源区；

32、s42：在t2层级下，根据s3中的碳汇适宜性评估结果和碳汇承载力评估结果，划定碳汇功能区的生态边界，具体设定碳汇功能重要区的承载力阈值和脆弱区的波动性阈值，当区域的碳汇承载力高于，且波动性低于预设阈值时，划定为碳汇功能重要区；当承载力低于，且波动性高于预设阈值时，划定为碳汇功能脆弱区；

33、s43：在t3层级下，基于s3中的适宜性评估结果，划定人工增汇适宜区与优先区的边界，具体结合区域的碳汇适宜性评分和可调控性因子，确定人工增汇适宜区，设定适宜区的阈值，当适宜性评分大于时，将区域划定为人工增汇适宜区；在适宜区中，分析外界影响因子的调控潜力，设定优先区的调控潜力阈值，当区域的调控潜力高于阈值时，划定为人工增汇优先区。

34、可选的，所述s5具体包括：

35、s51：获取长时序数据和实时监测数据，包括碳汇承载力数据、碳汇适宜性数据以及外界影响因子的时间序列数据；

36、s52：对s51中的长时序数据进行趋势分析，具体采用线性回归分析或时间序列分析方法，计算各区域碳汇承载力和适宜性指标的长期变化趋势，趋势分析公式为：，其中，表示区域i的碳汇承载力趋势，为常数项，为时间序列中的趋势系数，t为时间，为残差；

37、s53：结合实时监测数据，评估当前各功能区的实际情况，监测数据包括当前区域的碳汇承载力、碳汇适宜性及外界影响因子的即时变化情况，评估采用指数平滑法进行预测评估；

38、s54：基于s52中趋势分析结果和s53中实时监测数据的评估结果，对s4中划定的功能区边界进行动态调整；边界调整后，使用十折交叉验证法对调整结果进行验证。

39、可选的，所述s53具体包括：

40、s531：基获取的实时监测数据，采用指数平滑法对碳汇承载力、碳汇适宜性及外界影响因子的短期变化趋势进行预测：具体预测公式包括：

41、碳汇承载力的预测的公式为：，其中，为预测的下一时刻碳汇承载力，为当前时刻的碳汇承载力，为前一时刻的碳汇承载力，为平滑系数，取值范围为0到1之间；

42、碳汇适宜性的预测公式为：，其中，为预测的下一时刻碳汇适宜性，为当前时刻的碳汇适宜性，为前一时刻的碳汇适宜性，为平滑系数；

43、外界影响因子的预测公式为：，其中，为预测的下一时刻温度，为当前时刻的温度，为前一时刻的温度，为平滑系数；

44、s532：将s531中预测的碳汇承载力、碳汇适宜性及外界影响因子的结果与当前时刻的实际数据进行比对，评估各功能区的实际情况及其短期内的发展趋势，为s54中的边界动态调整提供依据。

45、可选的，所述s6具体包括：

46、s61：将滨海湿地、河口和陆架区域的碳汇核算方法进行整合；

47、s62：整合s61中各区域的碳汇核算结果，形成高精度的碳汇定量化和空间化核算方法，具体通过将滨海湿地、河口和陆架区域的碳汇量进行加权求和，计算整体区域的总碳汇量，公式为：，其中，表示整体区域的总碳汇量，，和分别为滨海湿地、河口和陆架区域的权重系数，表示滨海湿地的总碳汇量，表示河口区域的总碳汇量，表示陆架区域的总碳汇量；

48、s63：编制碳储量-碳通量收支清单，具体通过计算每个功能区的碳储量和碳通量，公式为：，其中，表示功能区i的碳收支结果，为功能区i的碳储量，为功能区i内的所有碳通量；并根据碳收支结果，编制功能区的碳储量-碳通量收支清单。

49、可选的，所述s7具体包括：

50、s71：根据s4和s5中划定的碳汇功能区的类别，制定相应的分区管理措施，具体包括：

51、对于强汇区，制定保护性管理措施，严格限制人类活动；

52、对于弱汇区，制定恢复性管理措施，通过生态修复手段增强碳汇能力；

53、对于强源区，制定减排和控制措施，限制或改造高排放活动，减缓碳源的扩展；

54、对于碳汇功能脆弱区，实施应对环境变化的适应性管理策略，增强区域对环境变化的抵抗力；

55、对于人工增汇适宜区和优先区，制定增汇工程实施计划，选择增汇技术，最大化区域碳汇增益；

56、s72：基于s71中的分区管理措施，结合每个区域的碳汇适宜性评分，确定优先实施人工增汇工程的区域；并评估各区域的增汇工程的可操作性、经济性和环境影响，制定实施方案，包括增汇技术的选择、预期碳汇效益和风险控制措施。

57、本发明的有益效果：

58、本发明，通过采用高精度的空间数据集成和标准化处理，本发明确保了各区域碳汇承载力的准确评估，此外，结合动态数据分析和实时监测，使得碳汇功能区的边界可以根据环境变化和人类活动的实际影响进行调整，从而实现对碳汇功能区的动态管理，这一方法能够帮助决策者更好地理解和利用区域碳汇潜力，优化碳汇管理措施。

59、本发明，通过与现有的规划分区和生态分区的有效耦合，不仅可以增强区域碳汇功能的保护和恢复力，还能为人工增汇工程的区域选择提供科学的决策支持，此外，通过编制碳储量-碳通量收支清单，本发明还能为相关政策的制定和执行提供详细的数据支持，促进海洋碳汇资源的可持续利用和管理。