FAQ — 森林數位孿生系統知識問答

三層骨架（Three-Layer Skeleton）

本系統的干擾情境模擬器（disturbance_engine.js）以下列三層演算骨架建構 20 年生態軌跡：

1. Baseline state：從樣區的實測碳庫（AGB / SOC / Litter）+ 動態指標（NEP / LAI）取出干擾前初始值。
2. Immediate impact：根據干擾類型 + 強度參數，計算事件當下（t=0 到 t=1 年）的瞬時碳損失與結構衝擊。
3. 20 年遞推：用物理 / 生物模型迭代每一年的 AGB、SOC、NEP、LAI、Litter，產生 21 個時間點（t=0 .. t=20）。

4 種干擾類型的 immediate 公式

干擾類型	主要參數	瞬時 AGB 損失	瞬時 SOC 衝擊
plant（種植）	樹種、密度 (株/ha)、強度	0（直接從新苗起步，AGB ≈ 0.5–2 tC/ha）	+5% 至 +12%（整地翻土初期 SOC 微增，礦化加速）
log（砍伐）	方式（擇伐/帶狀/塊狀/皆伐）、強度	AGB × removalRate（皆伐 0.95 / 塊狀 0.55 / 帶狀 0.35 / 擇伐 0.15–0.25）	表層擾動 −3% 至 −18%（皆伐最高），litter 大量回填
typhoon（颱風）	陣風 w (m/s)、雨量 r (mm)、樹高 h	P_blow = (h/30)² × (w/200)²（樹高愈高、風速愈強，倒伏率指數放大）	−5% 至 −12%（強降雨表土沖刷，部分倒木殘留為 litter）
landslide（土石流）	影響面積 A (%)、沖刷深度 d (m)	AGB × A/100（覆蓋面積內幾乎全失）	SOC × A/100 × min(d/0.3, 1.0)（30cm 內全失，更深按比例）

5 條物理模型迭代邏輯（20 年遞推）

1. AGB 復原：Gompertz growth curve

遞推公式：

AGB(t) = K · exp(-B · exp(-r · t))

• K = 林分極限 AGB（依樹種與立地條件，肖楠約 120–180 tC/ha，闊葉次生林約 100–150 tC/ha）
• B = 初始落差參數（B = ln(K / AGB_0)）
• r = 內稟生長率（plant 約 0.10–0.18，typhoon 後存留樹立即進入加速生長 r ≈ 0.20，clearcut 後新苗 r ≈ 0.12）

Gompertz 比 logistic 更貼合森林生長，因為森林初期慢、中期快、後期飽和的不對稱形狀，Gompertz 拐點落在 ~37% K，與實測森林生長曲線一致。

2. Litter 三段分解

枯落物動態：

Litter(t) = Litter_input(t) - k_decay · Litter(t-1)

• 第 0–2 年：高分解率 k_decay ≈ 0.35–0.50（鮮枯落物含氮高、微生物活性強）
• 第 3–8 年：中等分解率 k_decay ≈ 0.15–0.25（木質素累積，分解趨緩）
• 第 9–20 年：穩態分解率 k_decay ≈ 0.08–0.12（落葉/落枝輸入與分解達平衡）

3. SOC 平方根回填（landslide / clearcut）

裸露土壤經破壞後，SOC 回填遵循平方根時間律：

SOC(t) = SOC_min + (SOC_baseline - SOC_min) · sqrt(t / T_recover)

• T_recover ≈ 25–40 年（土石流）、15–25 年（皆伐）
• sqrt 而非 linear：因為土壤碳累積初期快（新鮮 litter 輸入直接增加表層 SOC），後期慢（穩定態碳庫需腐殖質形成）

4. NEP 的 U 形分段函數

淨生態系生產力 = GPP − Re（生態系呼吸）。干擾後 NEP 呈現經典 U 形：

• 第 0–3 年：NEP < 0（碳源期）— GPP 因葉面積驟降而降低，Re 因 respBoost 而升高
• 第 4–8 年：NEP ≈ 0（轉折期）— 新植被快速生長，GPP 追上 Re
• 第 9–20 年：NEP > 0（碳匯期）— GPP >> Re，達到穩態淨固碳

respBoost LUT（呼吸放大係數，依干擾類型）：

干擾類型	respBoost 係數	持續年數
clearcut（皆伐）	1.8	5–7 年
typhoon（颱風）	1.55	3–5 年
landslide（土石流）	2.2	4–6 年（最高，因表土翻起 SOC 礦化加速）
selective log（擇伐）	1.15	1–2 年

參考：Bond-Lamberty et al. 2018 (Nature) "Globally rising soil heterotrophic respiration over recent decades" — 干擾後土壤異營呼吸顯著放大，全球平均放大率 1.2–2.5。

5. LAI 恢復：邏輯成長

LAI(t) = LAI_max / (1 + exp(-k · (t - t_mid)))

• LAI_max ≈ 4.5–6.0（成熟次生林）
• k ≈ 0.35（陡度，新苗約 5–8 年達 50%）
• t_mid ≈ 6–8 年

核心數學總覽

• AGB 復原：Gompertz K · exp(-B · exp(-r·t))
• 颱風倒伏率：P_blow = (h/30)² × (w/200)²
• SOC 回填：sqrt(t/T_recover) 平方根時間律
• respBoost LUT：clearcut 1.8 / typhoon 1.55 / landslide 2.2（基於 Bond-Lamberty 2018, Nature）
• NEP 分段：U 形（碳源期 → 轉折期 → 碳匯期）

5 個指標的選定邏輯

本系統選定的 5 個核心指標 — AGB / SOC / NEP / LAI / 恢復年 — 並非隨意組合，而是嚴格對應國際 MRV（Measurement, Reporting, Verification）方法學框架，覆蓋森林碳匯三大維度：儲量（stock）、通量（flux）、結構（structure）。

指標	類別	國際 MRV 對應	為什麼必看
AGB 地上生物量 (tC/ha)	儲量	IPCC 2006 GL Vol 4 Ch 4 UNFCCC REDD+ 必報項目	森林碳匯最大宗、最可量測的碳庫（佔森林碳的 30–50%），用 LiDAR / SAR / 異速生長方程式直接估算，是碳權交易的法定計量基礎。
SOC 土壤有機碳 (tC/ha)	儲量	IPCC Tier 2/3 必報 4 per 1000 倡議核心指標	森林碳的「沉默主角」（佔森林總碳 50–80%），是干擾恢復的最後一道防線。失去 SOC 即使 AGB 復原，森林也難以恢復生產力。
NEP 淨生態系生產力 (tC/ha/yr)	通量	FLUXNET 全球網絡標準 = GPP − Re	森林「現在是不是碳匯」的直接證據。NEP > 0 = 碳匯，NEP < 0 = 碳源。干擾後的恢復過程中，NEP 比 AGB 更早反映出趨勢轉變。
LAI 葉面積指數 (m²/m²)	結構	MODIS MOD15 全球產品 遙感同化關鍵狀態變數	樹冠光合作用能力的直接代理變數，是 GPP/SIF 估算的關鍵輸入。LAI 恢復速度反映林冠閉鎖（canopy closure）進度。
恢復年 Recovery year (yr)	系統性	REDD+ permanence VCS VM0007 碳匯耐久性指標	單一數字回答「需要多久才能還原」— 直接對應 ESG 碳權專案的耐久性（permanence）與額外性（additionality）論證。

對應 MRV 三段

• Measurement：AGB（LiDAR 點雲 + 異速生長）+ SOC（土壤鑽心 + 元素分析儀）+ LAI（半球攝影 + Sentinel-2 紅邊）
• Reporting：NEP（即時通量同化，可逐月匯出）+ AGB / SOC（年度盤查）
• Verification：恢復年（事後對比 baseline）+ 5 指標交叉驗證（避免單一指標造假）

高高低低的語意對照

🟢 健康訊號（綠色）

• AGB 高：森林結構完整，碳儲量豐沛，已是成熟林
• SOC 高：土壤碳庫穩定，地力佳，恢復潛力強
• NEP > 0：當前淨固碳中（健康碳匯狀態）
• LAI 高（> 4.0）：林冠閉鎖良好，光合作用旺盛
• 恢復年短（< 8 yr）：低度干擾，自我修復能力強

🟠 警戒訊號（橘色）

• AGB 中等但下降：可能有近期擇伐或自然枯損
• SOC 微降：表土擾動，需注意水土保持
• NEP 接近 0：轉折期，恢復中但尚未成為穩定碳匯
• LAI 中等（2.5–4.0）：林冠未閉鎖，光照進入林下
• 恢復年 8–15 yr：中度干擾，需要 1–2 個輪伐期

🔴 警報訊號（紅色）

• AGB 低 + 持續下降：嚴重干擾未恢復，可能是皆伐 / 土石流後初期
• SOC 大幅損失（> 20%）：表土流失，恢復困難，可能需人工土壤改良
• NEP << 0：強碳源，呼吸 >> 光合作用，仍在分解損失中
• LAI 極低（< 1.5）：林冠開闊，輻射地表，水分散失快
• 恢復年 > 20 yr：嚴重干擾，超出本系統推估窗口，需長期復育規劃

軌跡曲線 3 種典型形狀

1. U 形曲線（NEP 標準軌跡）

干擾後 NEP 先降到負值（碳源期），約第 4–8 年回到 0（轉折期），第 9 年後 > 0（恢復為碳匯）。U 形是健康森林的恢復簽名。

2. 指數飽和曲線（AGB / LAI 標準軌跡）

初期慢、中期快、後期飽和的 S 形（Gompertz）。飽和水準的高低反映立地條件與樹種選擇。若 20 年仍未達到 70% K，可能是樹種錯配或土壤退化。

3. 平方根回填曲線（SOC / Litter 部分軌跡）

裸露後快速回填、後期趨緩的 sqrt 形狀。SOC 平方根回填代表自然恢復路徑；若觀察到 SOC 持續下降（負斜率），代表土壤碳庫尚未進入恢復期，可能是侵蝕仍在進行。

看 20 年軌跡就能讀出的 4 個 takeaway

1. 是不是碳匯？ 看 NEP 曲線過零點的時間 — 越早過零，越早成為碳匯。
2. 恢復到什麼程度？ 看 AGB(t=20) / AGB_baseline 的比例 — 接近 1.0 代表幾乎完全恢復。
3. 土壤健康嗎？ 看 SOC 曲線斜率 — 持續正斜率代表土壤碳庫累積中；負斜率代表仍在流失。
4. 結構是否閉合？ 看 LAI 達到 4.0 的時間 — 通常代表林冠閉鎖，林下開始穩定。