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7月12日是全国低碳日，今年的主题是“积极应对气候变化，推动绿色低碳发展”。实现“双碳”目标，需要在固碳端发力。炎炎夏日，森林成为绝佳的“避暑胜地”，实际上，森林的固碳作用非常显著，是陆地生态系统中最大的碳库，而且具有碳汇潜力大、成本低、生态附加值高等优点，在全球碳平衡中发挥着巨大的作用。
辽宁清原满族自治县最南端的长白山余脉龙岗山，拥有典型的温带（东北）森林生态系统，是辽东地区重要珍稀濒危物种栖息地和重要生态屏障区。在龙岗山北麓深山之中，藏着“一位”森林碳库守护者——辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站。与曾经主要依靠人力的传统野外观测方式不同，如今，清原森林站的科研人员运用人工智能、大数据和物联网等新一代信息技术打造“智慧森林管理平台”，实时监测研究森林生态系统的结构和功能，提升森林碳汇研究的信息化能力，为实现“双碳”目标提供科技支撑。
从“一步一个脚印”到“天-空-塔-地”，一体化监测体系
清原森林站（中国科学院沈阳应用生态研究所供图）
山涧流水潺潺，林中鸟鸣回荡，在辽宁省抚顺市清原满族自治县大苏河乡，蜿蜒的盘山路通向深藏在龙岗山山坳里的辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站。站长朱教君介绍，建站20多年，从传统野外观测方式——单纯依赖林业工作者在深山密林中“一步一个脚印”地测量获取数据，到如今建立多尺度、多要素、高质量、信息化的森林监测平台，清原森林站正在实现华丽转身。
朱教君：传统上林学和生态学的数据基本是靠人工直接测量获取的，人工测量存在一个问题，比如在野外测量树木生长数据，不管科研人员付出多少努力和汗水，一天能测量的数据指标也不过千株。面对当前“双碳”目标和生态文明建设目标，人工测量无法达到我们的需求，所以就需要把信息化技术引入野外观测方法中。通过信息化手段，我们建立“天-空-塔-地”一体化监测体系，推动传统的森林生态学野外调查工作科研范式的变革。
三座观测塔组成的“科尔塔群”（中国科学院沈阳应用生态研究所供图）
森林多处于地形复杂的山区，如何在大山中建立起信息化平台？连绵青山上、绿树掩映中的三座铁塔格外引人注目，它们共同构成的“科尔塔群”，也就是“温带次生林生态系统塔群监测研究平台”成为清原森林站的一大“法宝”。中国科学院沈阳应用生态研究所、清原森林站研究员高添介绍，全钢结构、高达50米的观测塔集多类科研设施于一体，搭载着通量、微气象、激光雷达等70多台科研观测仪器，可以高质量地获取森林生态系统的全息三维结构与动态、通量监测数据和生态水文数据。
高添：这些树冠高度大概是20米，我们的观测塔高度要达到树高的1.5倍到2.5倍以上，所以安装的高度是46.5米，这样才可以满足涡度协方差法的观测高度要求。观测塔可以理解成一个综合观测站，所有重要的环境要素像辐射、水分、空气的温湿度等都是我们的监测对象。
森林是陆地生态系统中最大的碳库，森林植物吸收大气中的二氧化碳并将其固定在植被或土壤中，从而减少二氧化碳在大气中的浓度，这个过程叫做“森林碳汇”。据统计，化石燃料排放的二氧化碳进入大气后，约有1/4被森林吸收。高添介绍，针对当前森林碳汇核算存在估算不确定性大、碳汇驱动机制不明等问题，碳通量监测成为解决这些问题的关键方法之一，这正是“科尔塔群”的一项重要职责。
高添：因为陆地生态系统是一个很重要的碳汇，那么我们需要知道它的碳汇量究竟是多少，另外它的碳汇量形成机制是什么？我们知道这些机制之后，就可以针对这个生态系统提出一些管理措施，让它在未来的碳汇能力更强、更稳定。那么我们这个塔主要是测量森林生态系统与大气之间二氧化碳的交换量，观测复杂地形下森林的精确固碳量。观测塔主要是通过两套设备分别监测二氧化碳的两种传输方式，一种是通过湍流的运输，一种是浓度的变化。另外，我们还有一些实时控制的程序、气体分析仪的自动标定以及无人值守的采集技术，可以实时地监测这些数据。
高达50米的典型次生林观测塔（刘梦雅摄）
多塔联动监测，助推建立森林生态系统碳汇监测模型
建成于年的“科尔塔群”覆盖了典型次生林、蒙古栎林和落叶松林的森林生态系统监测，每天24小时的“值守”使得平均每年获得监测数据达到GB。那么，海量的数据如何成为实实在在的科研算力？与人工测量和收集数据的传统科研方式大为不同，通过物联网平台，观测塔群等设备采集到的数据可以实时传输到清原森林站的多功能数据中心，搭载智慧森林管理系统的数据中心建有森林三维结构信息化平台、森林碳汇信息化平台和森林生物资源全链监测平台。数据中心的大屏上能够实时显示出各类采集到的影像和数据，高添介绍，在这个“数据大本营”里，每一片树叶都变得“有迹可循”。
高添：我们采集的这么多信息怎么传回来呢？是通过物联网的方式从3号塔传到2号塔再传到1号塔，最后传回数据中心。我们的数据中心有两台机架式高性能服务器，目前已经运行了20多个虚拟机，通过虚拟机远程运算的方式为从事碳汇等相关研究的高校和其他科研机构提供数据服务，这样就改变了传统的分散式低效率的数据处理方式。通过人工智能信息化的手段，来开展森林碳汇精准计量和碳中和核算研究。
清原森林站多功能数据中心（刘梦雅摄）
根据科研人员精确测算，当前，这一区域现有森林每年每公顷固碳量接近两吨。朱教君表示，未来，三座观测塔之间还将建起第四座高达米的观测塔，在塔群之间架起钢索，进一步开展多塔联动的多要素监测，基于“科尔塔群”产生的协同监测数据，将优化现有的碳汇计量模型。
朱教君：实际上，不管是森林生态系统还是其他生态系统，我们现在测量碳汇用的一直是上世纪70年代美国在平原上开发的一种模型。这种方法在平原地区是没问题的，但是由于80%以上的森林都分布在山地，拿到森林生态系统中，这种方法就不能精准估算碳汇了。我们通过在山区建立三个观测塔构成塔群，把原来模型的参数改变，或者通过信息化大数据重新运转一个模型，形成我国独有的森林生态系统碳汇监测模型，这样在全球碳汇计量方面我们就可以自己把握话语权。
来源：东北新闻网
