基于InVEST 模型的2000–2020 年新疆伊犁地區碳儲量分布數據集

曹夢迪，曹姍姍，劉婷婷*，孫偉*

1.中國農業科學院農業信息研究所，北京 100081

2.國家農業科學數據中心，北京 100081

引 言

全球氣候變暖引起各國政府高度關注，我國提出了“碳達峰、碳中和”的雙碳目標[1]。碳排放是影響氣候變化的重要因素之一[2]。陸地生態系統能夠固定空氣中的CO2，從而降低CO2濃度、調節區域氣候，在全球碳循環中起著十分關鍵的作用[3]。隨著現代工業發展，城市化進程加快，土地利用結構發生變化，引起陸地生態系統的碳儲量發生改變[4]。因此，定量估算生態系統中的碳儲量具有重要意義。

伊犁哈薩克自治州地處新疆西北地區，涵蓋了山地、平原、丘陵等地貌類型，屬于溫帶大陸性氣候。不同地形間氣候差異較大，山地雨量充足，平原干旱少雨。土地利用類型豐富，以耕地、草地、林地為主，為新疆生態系統固碳做出重要貢獻。2000–2020 年間，受生態文明建設規劃等國家戰略的影響，伊犁地區土地利用分布發生明顯變化[5]，定量研究伊犁地區的碳儲量分布變化，既能為研究生態系統碳儲量提供數據支持，也能為優化土地利用方式提供指導。

在現有的碳儲量分布數據集中，研究區覆蓋伊犁地區的數據集較少，而且其研究范圍一般較大，伊利只是其中比較小的一塊區域，獲得的碳儲量分布數據分辨率普遍較低[6]。本研究基于InVEST 模型和2000、2010、2020 年3 期LUCC 數據，計算伊犁地區連續3 期的碳儲量及其分布狀況（空間分辨率：30 m）。本數據集包括伊犁地區土地利用、氣象、碳密度、碳儲量4 類數據，具有三方面的特征和優勢：第一，利用本數據集可以對伊犁地區的碳儲量分布及其變化進行評估。第二，現有的公開數據集中獲得的伊犁地區碳儲量分布數據空間分辨率不高，本數據集提高了數據精度。第三，保證了數據質量，確保數據來源的權威性和科學性。本數據集不僅為伊犁地區碳儲量的研究提供數據支持，對于區域碳儲量驅動力和生態系統相關研究也提供一定的價值。

1 數據采集和處理方法

本研究采集的數據主要包括土地利用/覆被數據（LUCC）、氣象數據和碳密度數據，在數據預處理之后結合InVEST 模型進行計算，得到碳儲量數據。各類數據的采集和處理方法如下。

1.1 土地利用/覆被數據

通過對Landsat 遙感影像進行人工目視解譯，獲得中國多時期土地利用遙感監測數據[7]。選取2000、2010、2020 年3 期的LUCC 數據，空間分辨率為30 m，利用ArcGIS 軟件按照新疆伊犁哈薩克自治州的矢量邊界對3 期土地利用數據進行裁剪和融合處理，按照一級分類系統將土地分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用土地共計6 類，從而得到數據集中伊犁地區2000–2020 年3 期的土地利用數據。

1.2 氣象數據

氣象數據包括年降水量和年平均氣溫數據。利用氣象站點收集日觀測數據，計算氣溫和降水量的年值，并利用Anuspl 軟件進行空間插值，得到氣象要素年度空間插值數據集[8]。原始數據[8]包括2000、2010、2020 年3 期的年降水量分布圖和年平均氣溫分布圖。在ArcGIS中按研究區進行裁剪得到伊犁地區的年均氣溫和年降水量分布圖，數據格式為tif。并分別計算3 期的年降水量和年平均氣溫值，得到氣象數據要素平均值的excel 表，用以修正研究區的碳密度。

1.3 碳密度數據

運用InVEST 模型中的carbon storage and sequestration 模塊計算伊犁地區各種土地利用類型的碳儲量，環境中的碳庫主要包括4 個部分，即地上生物碳、地下生物碳、死亡有機碳和土壤有機碳[9]。已知各地類的面積、與之相對應的碳密度，便得到該地類的4 種碳儲量，總和即為該地類的總碳儲量。從而計算出6 種土地利用類型的碳儲量，數據格式為tif，并在ArcGIS 中直觀地展示研究區碳儲量的分布狀況。

相關研究表明，生物量和土壤碳密度會受到降水量和氣溫的影響[10]，因此利用研究區的氣溫和降水量數據修正原始碳密度數據[11]，從而得到伊犁地區各土地利用類型的4 種碳密度數據，數據格式為xlsx。而由于死亡有機碳含量較低，本數據集不予考慮。數據處理平臺包括Excel、ArcGIS 軟件。

1.4 碳儲量數據

碳儲量數據是指新疆伊犁地區的碳儲量分布數據。首先，運用伊犁地區2000 年、2010年、2020 年三期氣象數據對全國的碳密度數據進行修正，從而得到伊犁地區的碳密度數據。進而將伊犁地區的3 期土地利用/覆被數據、碳密度數據輸入InVEST 模型，模型計算得到伊犁地區3 期的碳儲量分布數據，數據格式為tif。處理流程如圖1 所示。

圖1 碳儲量數據獲取流程圖Figure 1 Flow chart of carbon storage data acquisition

2 數據樣本描述

本數據集由土地利用、氣象、碳密度、碳儲量4 類數據構成。表1 展示了各類數據的基本信息。其中，氣象數據用于修正伊犁地區的碳密度。在運用InVEST 模型計算碳儲量的過程中，土地利用數據和碳密度數據是輸入數據，輸出數據則為碳儲量數據，數據集共計61.3 MB。部分樣本數據展示如圖2–3、表2 所示。

表1 數據集中各類數據的基本信息Table 1 Basic information about each type of data in the dataset

表2 氣象數據要素平均值Table 2 Mean values of meteorological data elements

圖2 氣象數據示例Figure 2 Sample of meteorological data

圖3 土地利用數據和碳儲量數據示例Figure 3 Sample of land use data and carbon stock data

3 數據質量控制和評估

為了保證數據的質量，本研究使用的原始數據全部來自專業網站（中科院資源環境科學與數據中心）。部分經查閱整理的數據也來自領域內專業的官方網站、相關科學文獻等。在對全國碳密度數據進行修正之前，首先進行了數據清洗，剔除碳密度異常值。在使用InVEST模型計算碳儲量分布的過程中，嚴格按照《InVEST 3.2.0 使用手冊》的指導進行[12]。本研究的數據加工、處理運用ArcGIS 10.2、excel 軟件完成，處理步驟嚴格遵循軟件操作指南，以確保數據的可靠性。

4 數據價值

碳儲量對全球碳減排起著重要的影響作用，計算區域碳儲量可用于探究區域碳匯、評價生態系統穩定性和進行生產力評估。伊犁地區是新疆區域碳儲量和生態系統穩定的重要貢獻者，探究其碳儲量分布具有重要意義。本數據集提供了伊犁地區土地利用數據、氣象數據、碳密度數據和碳儲量數據共4 類數據。其中，碳密度數據是根據研究區的氣象數據修正后的結果，為本地碳儲量的相關研究提供重要參考。同時，本數據集能夠為優化土地利用結構、探究生態系統碳儲量碳循環提供科學數據支持。

作者分工職責

曹夢迪（1999—），女，河南永城人，在讀碩士，研究方向為時空數據分析。主要承擔工作：數據整理分析、論文撰寫。

曹姍姍（1984—），女，黑龍江哈爾濱人，博士，副研究員，研究方向為農林時空信息智能分析。主要承擔工作：數據分析。

劉婷婷（1985—），女，北京人，碩士，助理研究員，研究方向為科學數據管理。主要承擔工作：數據整理。

孫偉（1978—），男，山東海陽人，博士，副研究員，研究方向為農林時空信息智能分析。主要承擔工作：數據分析。