多组分植被方向反射系数的解析计算模型

基于植被介质中的辐射传输理论和几何光学原理,提出了一个计算非随机、多组分植被多波段、多角度反射光谱的综合解析模型.此模型以作者以前建立的叶冠层模型和多组分模型为基础,通过对任意空间取向植被组分对冠层“热点”效应贡献的定量计算及在多次散射系数的估算中考虑冠层所有组分的作用,全面、深入地概括了植被冠层的多种组分以及它们的几何结构和光学性质的空间变化对植被多角度反射光谱的影响。模拟与实测结果的比较得出:模型基本上能抓住多组分植被反射光谱的角度分布特征,模拟出叶冠层模型所不能得到的自然植被方向反射系数和冠层“热点”效应的非对称性分布.模型的模拟结果表明,冠层“热点”效应在冠层组分的平均倾角约20°时达最大,然后随平均倾角的增大,“热点”效应明显减弱.     

帽儿山地区森林冠层叶面积指数的地面观测与遥感反演

叶面积指数(leaf area index,LAI)是陆地生态系统最重要的结构参数之一,遥感和基于冠层孔隙率模型的光学仪器观测是快速获取LAI的有效方法,但由于植被叶片的聚集效应,这些方法通常只能获取有效叶面积指数(effective LAI,LAIe).本文以东北林业大学帽儿山实验林场为研究区,利用LAI2000观测森林冠层LAIe,并结合TRAC观测的叶片聚集度系数估算了森林冠层LAI,并通过分析基于Landsat5-TM数据计算的不同植被指数与LAIe之间的关系,建立了该区森林LAI遥感估算模型.结果表明:研究区阔叶林的LAI和LAIe基本相当,而针叶林的LAI比LAIe大27%;减化比值植被指数(reduced simple ratio,RSR)与该区LAIe的相关性最好(R2=0.763,n=23),最适合该区LAI的遥感提取.当海拔<400 m时,LAI随海拔高度的上升而快速增大;当海拔在400～750 m时,LAI随海拔高度的上升缓慢增大;当海拔>750 m时,LAI呈下降趋势.研究区森林冠层LAI与森林地上生物量存在显著的正相关关系.     

落叶阔叶林冠层光合有效辐射分量的遥感模拟与分析

冠层绿色叶片(光合组分)的光合有效辐射分量(绿色FPAR)真实地反映了植被与外界进行物质和能量交换的能力,获取冠层光合组分吸收的太阳光合有效辐射,对生态系统生产力的遥感估算精度的提高具有重要的意义。研究以落叶阔叶林为例,基于SAIL模型模拟森林冠层光合组分和非光合组分吸收的光合有效辐射,研究冠层FPAR变化规律以及与植被指数的相关关系。结果表明,冠层结构的改变会影响冠层对PAR的吸收能力,冠层绿色FPAR的大小与植被面积指数及光合组分面积比相关;在高覆盖度植被区,冠层绿色FPAR占冠层总FPAR的80%以上,非光合组分的贡献较小,但在低植被覆盖区,当光合组分和非光合组分面积相同时,绿色FPAR不及冠层总FPAR的50%;相比于NDVI,北方落叶阔叶林冠层EVI与绿色FPAR存在更为显著的线性相关关系(R~20.99)。     

森林冠层节肢动物多样性研究进展

森林冠层蕴涵着大约40％的现存物种,在维持生态系统功能、演化和生物多样性等方面起着重要的作用.森林冠层对全球气候变化和人为干扰高度敏感,使冠层生物面临威胁.本文简要介绍了森林冠层节肢动物的研究技术,概述了森林冠层节肢动物的研究进展.     

岷江上游植被冠层降水截留的空间模拟

 通过对岷江上游实地踏查和定位观测研究,结合MODIS遥感数据,利用“3S”技术对岷江上游植被冠层降水截留进行了空间模拟。研究结果表明：岷江上游植被叶面积指数（LAI）与增强性植被指数（EVI）以二项式关系拟合效果较好。由于归一化植被指数（NDVI）存在的饱和问题,研究采用EVI反演LAI,统计结果表明：岷江上游LAI值在0～2之间的占28.57%,在2～4.5之间的占63.06%,大于4.5的占8.37%,其中LAI最大值为7.394;从冠层最大降水截留模拟结果来看: 植被较好的地区,如卧龙、米亚罗的植被冠层最大降水截留量较大,而干旱河谷、上游高山草甸等地的植被冠层最大降水截留量相对较低;附加冠层降水截留与降雨量呈线性相关,模型验证时以此为基础,模型模拟的结果较为理想。     

植被指数的地形效应研究进展

植被指数是定性、定量评估绿色植被的关键指标,已经广泛应用于地表植被的监测.森林多分布在地形复杂山区,利用植被指数进行森林植被信息反演时地形对其影响较大.本文从几何光学模型原理分析了冠层反射率的地形效应,分析比较完全比值型植被指数(简单比值植被指数SR、归一化植被指数NDVI和湿度调整植被指数MAVI)、非完全比值型植被指数(增强型植被指数EVI和土壤调整植被指数SAVI)、非比值型植被指数(减化比值植被指数RSR、修正归一化植被指数MNDVI和绿度植被指数GVI),以及地形调节植被指数TAVI对地形的响应,试图为复杂地形山区选取植被指数提供参考.最后分析了植被指数地形效应研究的不足并对未来发展进行展望.     

三种人工林分的冠层结构参数与林下光照条件

以样方法为基础,用半球面影像技术测定了桉树林、湿地松林和混交林（木荷+青冈+银木荷）3种人工林分的冠层结构(叶面积指数LAI和林冠孔隙度CO)和林下光照条件(林下直射光TransDir和林下散射光TransDif),并分析了冠层结构与林下光照条件之间的关系.测定结果表明,桉树林、湿地松林和混交林的LAI平均值分别是1....     

宁夏六盘山半湿润区华北落叶松林冠层叶面积指数的时空变化及坡面尺度效应

受立地环境条件的坡位差异影响,叶面积指数(LAI)在坡面这个基本空间单元内往往具有很大空间(坡位、坡长)和时间(季节)变化,因而存在着坡面空间尺度效应及其季节变化,需对此加以深入研究、准确理解和精细刻画,从而为准确描述森林的结构、生长和生态水文功能提供科学基础。在六盘山香水河小流域选取了一个34年生华北落叶松(Larix gmelinii var.principis-rupprechtii)人工林典型坡面,均匀划分为空间连续的16个样地,于2015年5–10月测定了各样地林冠层LAI,分析其坡位变化及季节差异,并以LAI的顺坡滑动平均值在水平坡长增加100 m时的变化值(LAI/100 m)表示坡面尺度效应。研究表明,林冠层LAI具有明显的坡位变化和尺度效应,且月份变化明显。在5月份,LAI随离坡顶距离增加(坡位下降)而逐渐减小,坡面尺度效应是降低0.02/100 m。在6、7和8月份,LAI均从坡顶向下逐渐增大,在坡中部达最大后又逐渐减小,坡面尺度效应在离开坡顶的0–244.2 m和244.2–425.1 m范围内分别为升高0.15/100 m、0.16/100 m、0.18/100 m及降低0.09/100 m、0.08/100 m、0.07/100 m;在9和10月份,LAI均为随离坡顶距离增加而逐渐增大,坡面尺度效应分别为升高0.03/100 m和0.09/100 m。主要影响因素的季节变化导致了上述冠层LAI的坡位差异和尺度效应的季节变化。在5月份,主导因素是地形遮挡引起的辐射和温度的坡位差异;在6–8月份,主导因素是土壤含水量限制;在9–10月份,地形条件(海拔(坡位)、坡度)、气象条件、土壤含水量及土壤水文性质(孔隙度、持水量)等因子共同影响林冠层LAI坡位变化。对生长季各月,拟合了不同坡位样地林冠层LAI与坡面均值的比值随水平坡长增加的非线性关系,可藉此由任意坡位样地的LAI测定值估算坡面均值,以节省野外测定时间和工作量。     

杉木人工林单叶至冠层光合作用的扩展与模拟研究

根据野外条件下杉木（Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａ ｌａｎｃｅｏｌａｔａ（Ｌａｍｂ．）Ｈｏｏｋ．）针叶光合作用的测定结果。考虑到光合作用对光的非线性响应特性,及其与叶所处的实际冠层环境变量和冠层的空气动力学特性的相关,以筒化的林冠辐射传输模型为基础,结合不同部位和年龄针叶的光响应曲线,实现了叶室测量结果向冠层环境的调整,并进行了冠层光合作用模拟的初步研究。经过调整后的冠层光合作用平均比未经过调整的值高１     

基于LAI的东亚飞蝗发生面积的预测模型

20世纪80年代以来东亚飞蝗在我国再度猖獗危害,及时、准确地监测东亚飞蝗的危害状况,对于东亚飞蝗的有效防治有重要意义.以河北省黄骅市为研究区,从光学模型的建立机理为着眼点,定量分析和对比了4种由植被冠层孔隙度反演LAI的算法.结果表明,LAI与植被指数之间呈明显的正相关关系,即随着LAI的增大,植被指数也在增大;在4种估算方法中,LAI-2000算法最适用于研究区植被LAI的估算.此外,还分析了LAI与飞蝗发生面积的关系,发现两者呈负相关.并在此基础上建立了飞蝗发生面积的预测模型,即：ALO=-aln（LAI）＋b,其中,a、b为调节系数.     

3类典型温带山地森林的叶面积指数的季节动态: 多种监测方法比较

 叶面积指数(leaf area index, LAI)是定量描述冠层结构的最有效指标之一。鉴于森林冠层三维结构的高度复杂性和异质性, 迄今仍没有形成统一标准的LAI测量方法。该文利用LAI-2000冠层分析仪、CI-110冠层分析仪和半球摄影法(digital hemispherical photograph, DHP), 对北京东灵山地区以蒙古栎(Quercus mongolica)为主的落叶阔叶林、华北落叶松(Larix gmelinii var. principis-rupprechtii)林和油松(Pinus tabuliformis)林的有效叶面积指数(effective leaf area index, LAI_e)进行了动态监测, 探寻其季节变化规律。为准确地估算温带山地主要森林类型的LAI, 对光学仪器测量值进行了去除木质成分、聚集效应等校正, 与基于凋落物收集法的相应实测值进行了比较分析。结果表明: 3种典型森林在生长季期间叶片生长均呈现单峰型; 3种光学仪器测量方法的同期LAI_e数值大小顺序为: LAI-2000冠层分析仪>DHP>CI-110冠层分析仪。光学仪器的直接测量值LAI_e包含了木质成分的贡献, 钝化了季节动态的变化幅度, 这对有明显季节交替的落叶林尤为突出。经校正, LAI-2000冠层分析仪和DHP的测量值与实测值都表现出显著的相关性, 其中LAI-2000冠层分析仪最适于采用基于空隙大小的校正方法, 而基于空隙度和空隙大小的综合算法则是校正DHP的最佳选择。结合经济成本和野外实际操作等因素考虑, DHP具有更大的推广优势, 特别适用于温带山地落叶林。     

祁连山区青海云杉林冠层叶面积指数的反演方法

叶面积指数(Leaf area index, LAI)是陆地生态系统的一个十分重要的结构参数。随着空间精细化模型的发展和基于过程的分布式模拟技术的应用, 对LAI的区域估算显得越来越重要, 但目前尚缺乏有效的估算手段。该项研究以青海云杉(Picea crassifolia)林为研究对象, 利用LAI-2000冠层分析仪、鱼眼镜头法和经验公式法对林冠层LAI进行了测定, 观测值分别为1.03~3.70、0.48~2.26和2.27~8.20, 显然, 仪器测定值偏低。针对针叶的集聚效应导致仪器测定值偏低的现象, 利用跟踪辐射与冠层结构测量仪(TRAC)测定的青海云杉林聚集系数计算调整系数, 对鱼眼镜头法获取的LAI值进行订正。根据高分辨率的遥感数据反演青海云杉林的植被指数与LAI的关系, 最后获得了较合理的该地区林冠层LAI的空间分布图。     

广西桉树人工林叶面积指数的估测及其校正

叶面积指数(Leaf area index, LAI)是森林生态系统重要的结构参数,通过遥感技术可反演区域LAI,但其可靠性需要地面准确的实测数据进行验证。选取广西国有高峰林场不同林龄的桉树(Eucalyptus robusta)人工林为对象,以异速生长法(Allometry)为对照,综合利用植物冠层分析仪法(LAI-2200)、跟踪辐射和冠层结构分析仪法(TRAC)、半球摄影法(DHP)以及地基激光雷达法(TLS)等间接法估测样地的LAI,并考虑木质成分以及聚集效应影响,进行相应的校正处理,为地面快速、准确测量桉树人工林LAI提供参考。结果表明：桉树人工林的比叶面积为125.37±13.38 cm~2/g,通过Allometry获得的LAI变化范围在1.65—3.84,平均为2.73,不同林龄间的差异均显著(P<0.05),随着林龄的增加呈现先增加后减少的趋势。在未校正情况下,LAI-2200、TRAC、DHP、TLS估算的LAI存在显著差异(P<0.05)。与对照相比,LAI-2200在幼龄林和过熟林中估算误差最小,TRAC在成熟林中估算误差最小。相对于完全去除法,利用...     

Ground-based measurements of leaf area index: a review of methods, instruments and current controversies

Leaf area index (LAI) is the total one-sided area of leaf tissue per unit ground surface area. It is a key parameter in ecophysiology, especially for scaling up the gas exchange from leaf to canopy level. It characterizes the canopy-atmosphere interface, where most of the energy fluxes exchange. It is also one of the most difficult to quantify properly, owing to large spatial and temporal variability. Many methods have been developed to quantify LAI from the ground and some of them are also suitable for describing other structural parameters of the canopy. This paper reviews the direct and indirect methods, the required instruments, their advantages, disadvantages and accuracy of the results. Analysis of the literature shows that most cross-validations between direct and indirect methods have pointed to a significant underestimation of LAI with the latter techniques, especially in forest stands. The two main causes for the discrepancy, clumping and contribution of stem and branches, are discussed and some recent theoretical or technical solutions are presented as potential improvements to reduce bias or discrepancies. The accuracy, sampling strategy and spatial validity of the LAI measurements have to be assessed for quality assurance of both the measurement and the modelling purposes of all the LAI-dependent ecophysiological and biophysical processes of canopies.     

利用直接法和间接法测定针阔混交林叶面积指数的季节动态

利用光学仪器法能够快速、高效地测定森林生态系统的叶面积指数(leaf area index, LAI)。然而, 评估该方法测定针阔混交林LAI季节动态准确性的研究较少。该研究基于凋落物法测定了小兴安岭地区阔叶红松(Pinus koraiensis)林LAI的季节动态, 其结果可代表真实的LAI。参考真实的LAI, 对半球摄影法(digital hemispherical photography, DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪测定的有效叶面积指数(effective LAI, L_e)进行了评估。首先对DHP测定LAI过程中采用的不合理曝光模式(自动曝光)进行了系统校正。同时, 测定了光学仪器法估测LAI的主要影响因素(包括木质比例(woody-to-total area ratio, α)、集聚指数(clumping index, Ω_E)和针簇比(needle-to-shoot area ratio, γ_E))的季节变化。结果表明: 3种不同方法测定的LAI均表现为单峰型的季节变化, 8月初达到峰值。从5月至11月, DHP测定的L_e比真实的LAI低估50%-59%, 平均低估55%; 而LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e比真实的LAI低估19%-35%, 平均低估27%。DHP测定的L_e 经过自动曝光, α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 但仍比真实的LAI低估6%-15%, 平均低估9%; 相对而言, LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e经过α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 各时期与真实的LAI的差异均小于9%。研究结果表明, 考虑木质部和集聚效应对光学仪器法的影响后, DHP和LAI-2000植物冠层分析仪均能相对准确地测定针阔混交林LAI的季节动态, 其中, DHP的测定精度高于85%, 而LAI-2000植物冠层分析仪的测定精度高于91%。     

Measuring seasonal dynamics of leaf area index in a mixed conifer-broadleaved forest with direct and indirect methods

利用光学仪器法能够快速、高效地测定森林生态系统的叶面积指数(leaf area index, LAI)。然而, 评估该方法测定针阔混交林LAI季节动态准确性的研究较少。该研究基于凋落物法测定了小兴安岭地区阔叶红松(Pinus koraiensis)林LAI的季节动态, 其结果可代表真实的LAI。参考真实的LAI, 对半球摄影法(digital hemispherical photography, DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪测定的有效叶面积指数(effective LAI, L_e)进行了评估。首先对DHP测定LAI过程中采用的不合理曝光模式(自动曝光)进行了系统校正。同时, 测定了光学仪器法估测LAI的主要影响因素(包括木质比例(woody-to-total area ratio, α)、集聚指数(clumping index, Ω_E)和针簇比(needle-to-shoot area ratio, γ_E))的季节变化。结果表明: 3种不同方法测定的LAI均表现为单峰型的季节变化, 8月初达到峰值。从5月至11月, DHP测定的L_e比真实的LAI低估50%-59%, 平均低估55%; 而LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e比真实的LAI低估19%-35%, 平均低估27%。DHP测定的L_e 经过自动曝光, α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 但仍比真实的LAI低估6%-15%, 平均低估9%; 相对而言, LAI-2000植物冠层分析仪测定的L_e经过α、Ω_E和γ_E校正后, 精度明显提高, 各时期与真实的LAI的差异均小于9%。研究结果表明, 考虑木质部和集聚效应对光学仪器法的影响后, DHP和LAI-2000植物冠层分析仪均能相对准确地测定针阔混交林LAI的季节动态, 其中, DHP的测定精度高于85%, 而LAI-2000植物冠层分析仪的测定精度高于91%。     

Estimate of leaf area index in an old-growth mixed broadleaved-Korean pine forest in northeastern China

Leaf area index (LAI) is an important variable in the study of forest ecosystem processes, but very few studies are designed to monitor LAI and the seasonal variability in a mixed forest using non-destructive sampling. In this study, first, true LAI from May 1(st) and November 15(th) was estimated by making several calibrations to LAI as measured from the WinSCANOPY 2006 Plant Canopy Analyzer. These calibrations include a foliage element (shoot, that is considered to be a collection of needles) clumping index measured directly from the optical instrument, TRAC (Tracing Radiation and Architecture of Canopies); a needle-to-shoot area ratio obtained from shoot samples; and a woody-to-total area ratio. Second, by periodically combining true LAI (May 1(st)) with the seasonality of LAI for deciduous and coniferous species throughout the leaf-expansion season (from May to August), we estimated LAI of each investigation period in the leaf-expansion season. Third, by combining true LAI (November 15(th)) with litter trap data (both deciduous and coniferous species), we estimated LAI of each investigation period during the leaf-fall season (from September to mid-November). Finally, LAI for the entire canopy then was derived from the initial leaf expansion to the leaf fall. The results showed that LAI reached its peak with a value of 6.53 m(2) m(-2) (a corresponding value of 3.83 m(2) m(-2) from optical instrument) in early August, and the mean LAI was 4.97 m(2) m(-2) from May to November using the proposed method. The optical instrument method underestimated LAI by an average of 41.64% (SD = 6.54) throughout the whole study period compared to that estimated by the proposed method. The result of the present work implied that our method would be suitable for measuring LAI, for detecting the seasonality of LAI in a mixed forest, and for measuring LAI seasonality for each species.     

自动曝光对半球摄影法测量叶面积指数及其季节变化的影响

自动曝光是影响半球摄影法(DHP)测量叶面积指数(LAI)精度的重要误差源之一.本研究基于小兴安岭地区的阔叶红松林、白桦次生林、红松人工林和兴安落叶松人工林,利用DHP和LAI-2200植物冠层分析仪分别测量6—9月每个月中旬的LAI,首先比较两种方法测量LAI的差异性,再检验森林类型和测量时期对建立两种方法测定值间的相关关系是否存在显著影响,最后构建适于校正不同森林类型不同时期自动曝光对DHP测量LAI产生误差的经验模型.结果表明: 4种森林类型4个时期内,在自动曝光设置下DHP测量的LAI比LAI-2200测量值低估20%～49%;森林类型对构建两种方法测量LAI值的经验模型不存在显著影响,而测量时期存在显著影响.本研究构建的A、B两种分类经验模型,分别适用于校正4种森林类型在6和9月、7和8月DHP测量的LAI.经分类经验模型校正后,DHP测量4种森林类型4个时期的LAI值提高了45%～79%,测量精度可提高到83%～94%.通过DHP和LAI-2200测量LAI值间的经验模型,可有效校正自动曝光对DHP测量LAI的影响,极大地提高其测量精度,为使用DHP快捷、高效地测量不同森林类型的LAI及其季节动态提供技术支持.     

基于光学仪器法测定谷地云冷杉林叶面积指数的季节变化

利用半球摄影法(DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪两种光学仪器法(间接法)以及凋落物法(直接法),研究了小兴安岭谷地云冷杉林叶面积指数(LAI)的季节变化,并构建了不同季节直接法与间接法测定的LAI间的相关关系.结果表明: 在整个试验期间,DHP测定的LAI比直接法测定值低估40%～48%, LAI-2000植物冠层分析仪的低估范围为15%～26%;不同时期直接法与DHP和LAI-2000植物冠层分析仪测定的LAI均显著相关, 且均可合并为A、B、C 3类预测模型, 可以分别预测5和11月, 6、9和10月, 7和8月的LAI.本研究结果可为高效、准确地测定针叶林LAI的季节变化提供参考.