专栏名称: Carbon Research
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Carbon Research | 利用Sentinel-2数据估算芒果园区碳封存的机器学习技术

Carbon Research  · 公众号  ·  · 2025-04-09 12:00

正文

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摘要
本研究 利用多种植被指数( VIs) 评估了 Sentinel-2 号卫星影像在 估算芒果园碳封存方面的有效性 。本 研究 在泰国彭世洛府 不同芒果园中设置了 49个样方采样地块(40×40 m),以收集用于估算地上碳储量的地面实测数据。 该研究 12种植被指数进行了分析, 包括归一化植被指数( NDVI)、归一化红边指数(NDRE) 、增强型植被指数( EVI) 、绿 归一化植被指数( GNDVI) 绿 叶绿素指数( C lgreen)、比值植被指数(RVI)、三角植被指数(TVI)、 修正三角植被指数 TVI-2)、角度植被指数(AVI)、归一化色素叶绿素比值指数(NPCRI) 、修正 简单比值指数( MSRI)以及红边叶绿素指数(CIRE) 这些指数与实地测量的生物量 显著的相关性( 范围为 0.04到0.80)。 使用 400棵 决策 每次分裂时 20个 随机变量 进行 优化的 随机森林(R F)集 成模型 ,整 合了这些指数来预测碳储量。该模型达到了极高的精度( =0.97),均方根误差(RMSE)为每公顷1.57吨碳,平均绝对误差(MAE)为每公顷1.05吨碳。特征重要性分析表明,f(NDVI)、f(NDRE)、f(TVI-2)和f(GNDVI)对模型预测能力的贡献分别为0.283、0.160、0.377和0.181。 研究 使用 70:30的训练集-测试集划分进行交叉验证,证实了该模型的稳健性。所开发的模型能够有效地监测芒果种植园的碳 存量,计算得出的平均碳 存量为每公顷 40.6吨碳( σ=42.19, n=49),且碳 存值 范围 广(每公顷 4.13吨碳至218.6吨碳)。这种方法为评估果树种植园的碳 存提供了一种具有成本效益且可规模化实施的途径,对农业领域的可持续农业实践 碳信用 计划 均起到了支持作用。

图文摘要


亮点
  • Sentinel-2 号卫星影像 机器学习技术 相结合 作为一种 具有成本效益 且可规模 应用的方法 用于 监测果园碳 存的潜力。

  • NDVI、NDRE、TVI-2和GNDVI这些植被指数非常适合用于估算芒果园的生物量,与实地测量的碳 现出很强的相关性。

  • 随机森林集成模型取得了极高的决定系数( =0.97)。

  • 这些 发现 对于可持续农林业管理、碳信用计划以及 气候变化缓解策略 具有重大意义,为改进农业系统中碳储量评估提供了一种可靠的方法。


要点图例



图1
数据处理工作流程



图2
研究区域和样方采样点

图3
集成线性回归的随机森林模型

图4 研究区域的12个植被指数

图5 实地调查中获得的固碳量与每个地块的像元数量乘以植被指数均值的乘积之间的关系图

图6 碳封存
预测值与实测值的散点图

结论

研究通过将多种植被指数 与随机森林建模相结合,为改进芒果园碳封存估算提供了一个可靠的框架。该方法的高精度表明 了其 支持监测、报告和 验证 流程 的潜力 ,而这一流程对于农业领域的碳信用体系 气候变化缓解策略至关重要。这种方法 其他基于树木的农业系统 的适用性 ,为全面 评估 全球碳 存潜力提供了一条途径, 土地利用规划和气候智慧型农业倡议有所贡献。

未来的研究应该探索 这种方法 应用于 其他农业系统,以及将其 整合 到整体的气候智慧型农业战略中。尽管当前的模型在芒果园的应用中表现出高性能,但它受到对特定植被指数的依赖以及未考虑地下碳储量的限制。扩大该模型的范围, 纳入灵活的指数、外部数据集、时间动态因素以及混合建模方法, 可能会 增强其在 多样化 农业环境中的适用性。

研究强调了开发先进方法以便准确且高效地量化碳 封存 的重要性。 解决 诸如大气干扰和环境变 等挑战将进一步增强这种方法的可靠性及其对可持续农林业系统的贡献。


文章链接
https://doi.org/10.1007/s44246-025-00201-z





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