中國網/中國發展門戶網訊（記者王振紅）溪水潺潺、鳥聲啾啾，在遼東山區龍崗山腳下，一眼望去，萬木蔥蘢、茂林浩瀚，森林碳庫守護者——遼寧清原森林生態系統國家野外科學觀測研究站（以下簡稱“清原森林野外站”）就深藏于此。

森林碳庫守護者——遼寧清原森林生態系統國家野外科學觀測研究站深藏密林。（清原森林野外站供圖）

清原森林野外站位于遼寧東部山區，地處長白山余脈龍崗山北麓，主要森林類型為次生林。站區內的長沙河流域是沈陽、撫順兩市的母親河——渾河的西源頭，大伙房水庫上游水源安全保障的源頭區；同時也是遼東地區重要珍稀瀕危物種棲息地，遼寧東部重要生態屏障區。

融合物聯網、近地面遙感、人工智能和大數據等新一代信息化技術，組建多功能數據中心，推動科研范式變革

記者在走訪時了解到，清原森林野外站依托中國科學院沈陽應用生態研究所建設，以典型溫帶(東北)森林生態系統為對象，主要開展森林生態系統結構、功能與調控，碳匯功能形成機制與提升技術等方向的基礎研究。

遼寧清原森林生態系統國家野外科學觀測研究站。（清原森林野外站供圖）

“清原森林野外站建有科研樣地群、塔群觀測平臺、森林野外增溫平臺、水文觀測站網、多功能數據中心和物聯網平臺等科研平臺。”中國科學院沈陽應用生態研究所所長、清原森林野外站站長朱教君研究員介紹說，搭建鏈接海量傳感器的物聯網系統，實現4G/5G覆蓋、無線網絡傳輸、萬兆光纖有線傳輸；通過2臺機架式高性能服務器建立起多功能數據中心，提高森林結構-功能信息獲取和分析的效率，提升野外站觀測和研究信息化水平。

中國科學院沈陽應用生態研究所所長、清原森林野外站站長朱教君（左二）接受記者采訪。中國網王振紅攝

“作為首個承擔中國科學院網信專項科研范式變革示范項目的野外站，近年來，應用大數據、人工智能等新一代信息技術，圍繞‘森林碳匯信息化’‘森林三維結構信息化’‘森林生物資源全要素監測’‘臺站網絡信息安全與數據開放共享’等開展了大量工作。以打造多要素、多尺度、多過程一體化的‘智慧森林管理平臺’為己任，致力于形成全覆蓋、大融合的林業大數據網絡，以信息技術手段推動傳統學科野外調查工作的科研范式變革，起到引領示范作用。”朱教君表示。

通量塔是監測森林碳收支的主流方法之一，但在山區森林應用仍面臨挑戰

森林是陸地生態系統的主體，對維系全球生態平衡和人類社會可持續發展起著無可替代的作用。然而，由于長期的人為和自然干擾，原始林幾乎消失殆盡，次生林已成為全球森林資源的主體，占比達?60%。為保護和恢復森林資源，“減少毀林及退化造成的碳排放”計劃、《聯合國森林戰略規劃（2017—2030?年）》及各國針對性的森林保護舉措相繼出臺。東亞溫帶森林是全球三大溫帶森林之一，主要分布在我國東北地區。與歐美溫帶森林相比，東亞溫帶森林結構更復雜、多樣性更豐富，并且多分布在山區，結構與功能的監測與研究面臨諸多挑戰。

當前森林碳匯核算存在估算不確定性大、碳匯驅動機制不清、增匯技術不明等問題。準確地監測森林碳通量是解決上述問題的關鍵，但森林生態系統碳通量海量數據傳輸、運算困難；森林結構復雜，信息化監測能力不足，傳統科研范式無法滿足現實需求，導致該領域知識創新效率低，難以滿足重大國家需求。

中國科學院沈陽應用生態研究所、清原森林野外站高添研究員接受記者采訪。中國網王振紅攝

“在森林碳匯監測方面，基于通量塔的渦度協方差法是主流方法之一。” 中國科學院沈陽應用生態研究所、清原森林野外站高添研究員介紹說，“但該方法在山區森林的應用仍存在很大的不確定性”。

朱教君表示，“以‘科爾塔群’為紐帶，在大山中建立起信息化平臺，融合物聯網、人工智能和大數據等先進的信息化技術，打造數據獲取、自動傳輸、智能分析、管理決策和可視化的全鏈條信息化平臺，實現森林生態系統多尺度、多要素、多過程長期碳通量觀測數據的聯網獲取與存儲、計算與分析、質控與共享、展示與應用，全面提升森林碳匯研究的信息化能力，提高山區森林碳通量計量精度，探索碳中和目標下森林生態學、生態系統生態學和森林培育學的科研范式變革與實現途徑。”

“科爾塔群”為紐帶，創建“天-空-塔-地一體化”觀測體系

科爾塔群觀測塔。中國網王振紅攝

“溫帶次生林生態系統塔群監測研究平臺”（以下簡稱“科爾塔群”）集多類科研設施于一體，可高質量地獲取森林生態系統的全息三維結構與動態、通量監測數據和生態水文數據，探索復雜地形下森林生態系統碳-氮-水及其他痕量氣體通量的觀測新理論與方法，研究全球變化背景下森林生態系統碳-氮-水循環、水文過程及調控機制等森林生態學的前沿科學問題。

科爾塔群由通量塔群、激光雷達掃描儀、通量及微氣象傳感器、水文監測設施、長期固定樣地群和數據中心?6?部分組成。高添解釋說，“通量塔群建設于獨立小流域內，由?3?座通量塔組成，每座觀測塔位于一個獨立子流域內，分別對應各自主要森林類型：典型次生林（雜木林）、蒙古櫟林和落葉松林（人工林）。觀測塔為鋼結構直立塔，塔高為?50 m，兩側對稱配備垂直升降梯及固定平臺，共計監測面積140 ha。塔群平臺還設有土壤溫度傳感器、林內光量子矩陣傳感器和物候相機，監測環境和植被要素。”平均年度獲得監測數據約410 GB，為在清原森林站開展工作的科研單位提供數據服務，同時為國家重大科技任務提供基礎數據支持。

科爾塔群觀測塔。中國網王振紅攝

塔群精準獲取多尺度森林結構以確保結構監測準確性，改變復雜地形下森林碳匯計量方法，提高森林碳匯計量精度。高添向記者解釋說，“在碳通量測定方面，采用塔群平臺（EC法）——激光雷達（遙感法）——樣地群（測樹學法和箱法）的跨尺度測定方法，結果相互驗證，以保證碳觀測的可靠性。采用激光雷達（LiDAR）掃描獲取森林垂直冠層結構。在通量塔和地面觀測點視野范圍內，設置球形靶標實現地基-塔基?LiDAR?點云數據的準確拼接。在小流域內，設置方形地面靶標和無人機起降場，實現多期無人機?LiDAR?點云數據的獲取和幾何配準。這些方案從多個角度保證了?LiDAR?點云數據獲取的準確性和完整性，為后續處理和森林結構反演提供數據基礎。”

“融合衛星遙感-無人機-通量塔-地面監測，形成以塔（群）為紐帶的“天-空-塔-地”一體化觀測研究體系，將流域尺度的計量結果拓展至東北區域，評估東北森林碳匯量及其對碳中和的貢獻。”朱教君表示。

實現森林多維結構全息獲取，區域森林碳匯精準計量與碳中和核算

紅松人工林林窗。中國網王振紅攝

清原森林野外站變革了傳統林學（測樹學）研究數據的獲取方式，實現森林多維結構全息獲取。以無人機為平臺核心，基于流域科爾塔群-激光雷達監測平臺及其衛星樣地，以新一代LiDAR和光學遙感信息技術為推動力，在空間數據庫的支持下，開發“全息感知+人工智能+決策服務”的森林三維結構信息化監測平臺。定量描述與森林碳匯功能相關的林木結構、林木競爭關系與理化特征，以全息視角探索森林三維結構與碳匯功能的關系，提出決定/表征森林生態系統碳匯的新結構/功能性狀參數（參數集），構建精準量化方法體系。此外，以“大數據+人工智能”為手段，變革碳中和目標下森林生態學和生態系統生態學的科研范式，模擬森林碳匯對結構調控的響應，實現區域森林碳匯精準計量與碳中和核算。

未來，清原森林野外站將建成世界一流的“超級站”，為保障國家生態安全，實現兩山論、碳中和等生態文明建設目標提供科技支撐。