森林バイオマス 异速方程式模拟器 返回
林业·碳信用

森林バイオマス 异速方程式模拟器

使用 Chave 2014 泛热带异速方程,通过胸高直径 (DBH)、樹高、林型、立木密度实时估算森林的地上部生物量、碳储量、年 CO₂ 吸收量、碳信用价值。用于 REDD+ 或 J-信用事前检讨、IPCC NGGI 报告的概算值试算。

参数设置
林型 (Forest Type)
自动设置木材密度 ρ 和 MAI (年生长量)
胸高直径 DBH
cm
地上 1.3 m 位置的幹直径 (Diameter at Breast Height)
樹高 H
m
立木密度
trees/ha
代表木 1 株当たり本数 (1 ha 当たり)
森林面积
ha
伐期 (Rotation Age)
year
信用计算累积期间 (至主伐的年数)
计算结果
单木 AGB (kg)
公顷当 AGB (t/ha)
林分 全生物量 (t)
林分 碳储 (t-C)
年 CO₂ 吸收 (t-CO₂/y)
年碳信用 (USD)
森林断面图像 — 生物量分布与 CO₂ 吸收

根据幹径和樹高比绘制树形、根系地下部、CO₂ 吸收箭头、林分生物量积算计表。颜色表示碳密度 (绿→浓绿)。

异速曲线 — AGB vs DBH
林型别 MAI 比较 (年生长量, t/ha/y)
理论·主要公式

$$AGB = 0.0673\,(\rho D^{2} H)^{0.976},\qquad BGB = 0.24\cdot AGB$$

Chave et al. (2014) 泛热带异速方程。ρ:木材密度 (g/cm³)、D:胸高直径 DBH (cm)、H:樹高 (m)。AGB 为地上部、BGB 为地下部 (根系) 的生物量 (kg/株)。

$$C = 0.47 \cdot Biomass,\qquad CO_{2} = \dfrac{44}{12}\cdot C$$

碳储量 C 与 CO₂ 等价换算。生物量碳含量为 IPCC 既定 47%,CO₂ 分子量/碳原子量比为 44/12。

$$\Delta CO_{2}/y = MAI \cdot A \cdot 0.47 \cdot \dfrac{44}{12}$$

年 CO₂ 吸收量。MAI:林型别的 Mean Annual Increment (t/ha/y)、A:森林面积 (ha)。本工具采用热带多雨 8、热带干燥 4、温带阔叶 5、温带针叶 6、亚寒带 3 t/ha/y。

森林バイオマス 异速方程式 — 碳吸收量估算

🙋
森林的「生物量」就是木头的重量吧?但不砍的话似乎没办法称量,怎样算出 100 公顷森林整体的碳量呢?
🎓
你问得好。不砍就能测的是「异速方程 (Allometric Equation)」的工作。只要知道胸高直径 DBH(地上 1.3 m 处幹的粗细)和樹高、樹种的木材密度 ρ,就能用 Chave 2014 的式子 AGB = 0.0673·(ρD²H)^0.976 推估单株地上部生物量,精度约在 ±10%。这是热带林的全球标准。再乘以公顷株数,再乘以面积,就得出林分全体的量。
🙋
明白了,「粗的平方×高×密度」整体 0.976 乘方就行了。那根系部分无视吗?
🎓
不无视。地下部生物量 BGB 根据 IPCC 准则既定「AGB 的 0.24 倍」,就是既定值。单株总生物量是 1.24·AGB。热带多雨 DBH 30 cm、樹高 20 m 的话 AGB ≈ 601 kg、BGB ≈ 144 kg,合计 745 kg/株。乘以 800 树/ha 约 596 t/ha,100 ha 约 5.96 万 t,森林比想象的沉啊。
🙋
那「重量」怎样变成「CO₂ 吸收量」的?单位好像不同…
🎓
分两步换。干生物量的 47% 是碳 C(其余是氢氧等)。这碳原本是大气中的 CO₂ 固定的,分子量比 44/12 = 3.667 就换成 CO₂ 等价质量。比如 1 t 木头是 0.47 t-C = 1.72 t-CO₂「从大气中除掉」的意思。这就是森林碳储 (Carbon Stock) 的含义。
🙋
下面有「年 CO₂ 吸收」和「碳信用」也显示。是另外的计算吗?
🎓
对,「存着的量」和「每年增加的量」是两回事。每年增量叫 MAI (Mean Annual Increment),林型别有 3~10 t/ha/y 的经验值。热带多雨 8 t/ha/y,亚寒带 3 t/ha/y,这样。乘以面积、碳率 0.47、44/12 得出「年 CO₂ 吸收量」,再乘以 $50/t-CO₂ 参考价格就变成碳信用价值。100 ha 热带多雨林年 1,379 t-CO₂ ≒ $69,000 信用这样。REDD+ 或 J-信用事业检讨需要最初这种「粗估」。
🙋
REDD+ 第一次听说。J-信用是什么不同?
🎓
REDD+ 是联合国气候变化框架公约下的途上国项目,防止森林减少·劣化「减少的分」CO₂ 排放量化为信用。J-信用是日本环境省和林野厅运营的国内制度,间伐·植林等森林经营吸收量信用化,企业用来排放抵消。年 100 万 t-CO₂ 规模认证,和 Verra VCS、Gold Standard 一样有正式 MRV (Measurement, Reporting, Verification) 体系。本工具的估算只是概算,但事项初期筛查足够有效。

常见问题

异速方程 (Allometric Equation) 是从樹木胸高直径 (DBH)、樹高、木材密度等易于测量的尺寸,用统计方法推估立木整体生物量 (kg) 的经验式。森林无需砍伐即可估算广域碳储量,因此 Chave 2014 泛热带方程 (AGB = 0.0673·(ρD²H)^0.976) 被广泛用作热带林的全球标准。温带采用 Jenkins 2003 (美国),红树林采用 Komiyama 2008 等,根据生态系统和地域选择。
根系质量按 IPCC 2006 准则默认值估算为地上部生物量 AGB 的 0.24 倍 (根冠比 = 0.24)。实际上林型和樹龄在 0.15-0.40 间有变化,高纬度和干旱地区根的比例较大。本工具以全树生物量 = AGB + 0.24·AGB = 1.24·AGB 计算,输出碳信用计算的标准总量。
干燥生物量的碳含量约为 47% (IPCC 2006、针叶树 50%·阔叶树 47% 的代表值),转换为 Carbon (t-C) = Biomass × 0.47。大气中吸收的 CO₂ 质量由碳原子量 12 / CO₂ 分子量 44 的比例得出,CO₂ (t-CO₂) = C × 44/12 ≈ C × 3.667。本工具分别显示「林分全碳储」与「年 CO₂ 吸收量 (MAI 基础)」。
碳信用价值 = 年 CO₂ 吸收量 × 50 USD/t-CO₂ 计算。参考 Verra VCS 和 Gold Standard 等国际森林信用 2024 年交易价格 (10-50 USD/t-CO₂) 和 EU-ETS 价格 (60-90 EUR/t-CO₂),采用 50 USD/t 作为中位参考值。实际交易价格因项目种类、持有期限、追加性 (additionality) 认证成本差异大,请作为参考目安。

实际应用

REDD+ / J-信用项目的事前筛查:热带途上国的 REDD+ 项目或国内 J-信用 (林野厅·环境省) 的事业性检讨,首先需要对象林分现存碳储存和年吸收量的概算。用本工具这样的异速方程基础估算,1 分钟内判断事业是否超过 1,000 t-CO₂/y、是否预见 $50,000/y 信用收入,决定是否进行正式森林列举调査 (1 项目数百万日元)。

IPCC NGGI 报告与国别森林列举:巴黎协议下各国提交温室气体列举 (NGGI) 的土地利用部门 (LULUCF: Land Use, Land-Use Change and Forestry) 吸收量计算是必须。日本森林吸收量约 4,400 万 t-CO₂/y (2022 年度),也是用 Chave 式或 Jenkins 式等异速方程作基础数据。本工具用于个別林班·小面积概算,正式计算需要 FRA (Forest Resources Assessment) 和地域固有式。

森林经营计划与长期收支模拟:森林管理者伐期从 50 年延长到 80 年,伐采收入和碳信用收入合计如何变化的试算。本工具「伐期」滑块 rotation 60 yr → 80 yr 伸展,累积信用约增 33%,但伐采收入延迟。J-信用制度伐期延长项目 (Forest Management) 是认证对象,和 Verra IFM (Improved Forest Management) 类似框架。

遥感 AGB 地图的地面验证:NASA GEDI (Global Ecosystem Dynamics Investigation) 或 ESA Sentinel-2、JAXA ALOS-2 PALSAR-2 等,卫星 LiDAR·SAR 广域 AGB 地图绘制迅速进展。这些卫星推定値的校准 (calibration) 需要地面 DBH·樹高实测値和异速方程的「真値」代理,本工具这种概算是精度比较的基准。

常见误解与注意事项

最大陷阱是「不分林型地任意用泛热带异速方程」。Chave 2014 式是热带林 4,000 株以上伐採实测数据回归,适用于温带针叶林或红树林时产生 20-50% 系统误差。本工具林型选择里切换木材密度 ρ 和 MAI,但异速方程结构本身仍用 Chave 式。正式用途需温带阔叶用 Jenkins 2003、红树林用 Komiyama 2008、亚寒带用 Lambert 2005 等生态系统固有式。如有地域·樹种固有式必须优先用。

其次,「将 MAI 当伐期全期间定値」思考。本工具为简化用 MAI 定值 (如热带多雨 8 t/ha/y),但实际年生长量是幼龄期低、林分郁闭后壮龄期峰值、老龄林衰退的 S 形曲线。Yield Table (收穫表) 或 CBM-CFS3 (Carbon Budget Model) 等动态模型考虑年龄别 NPP (Net Primary Productivity),但本工具定常 MAI 是「平均」概算値。特别幼龄林 (10 年以下) 实测常比工具値低。

最後,「碳信用 = 净利益」误认。本工具显示「年碳信用 (USD)」是粗額,实际需扣除 Verra VCS 或 Gold Standard 认证费 (初期 $50,000-$200,000)、MRV (Measurement, Reporting, Verification) 成本 (每年 $20,000-$100,000)、泄漏 (leakage) 扣除 (10-30%)、永続性缓冲 (permanence buffer, 10-20%)、版权·交易手续费,才是事业者手取額。100 ha 规模小项目认证费过大多不成立,最低 1,000 ha·年 5,000 t-CO₂ 以上是采算线。事業化检讨必须和项目开发者 (PDD) 进行详细费用試算。

使用指南

  1. 在目标樹木上测量胸高直径(DBH)和樹高,输入。例:杉 DBH 32cm、樹高 28m
  2. 输入立木密度(每公顷株数)和调査林分面积(ha)。例:密度 450株/ha、面积 5.2ha
  3. 模拟器应用 Chave 2014 泛热带异速方程(AGB=0.0673×(ρ×DBH²×H)^0.976),立即計算单木 AGB、公顷当 AGB、林分全生物量、碳储量、年 CO₂ 吸收量、碳信用价值(USD/t-CO₂×现时値)

具体计算例

杉人工林(立木密度 450株/ha、面积 10ha) 为设想:DBH 35cm、樹高 26m、材密度 ρ=0.38 t/m³ 的场合,单木 AGB 约 582kg。公顷当 AGB 约 262t/ha,林分整体 2,620t 生物量保有。碳储量 1,310t-C,年 CO₂ 吸收约 4.8t-CO₂/年,现行碳信用价格(约 20USD/t-CO₂) 年评价额约 96USD。

实务中的注意点