结合机载LiDAR和LANDSAT ETM+数据的温带森林郁闭度估测

森林郁闭度是森林资源调查中的一个重要因子,在森林生态系统管理中具有重要作用。研究如何有效地将激光雷达数据应用于森林郁闭度遥感估测具有重大意义。激光雷达数据的应用能够有效地弥补传统地面调查耗时、费力等不足,不仅可以快速、准确地获取郁闭度遥感估测的模型训练数据和验证数据,还有助于进一步推广应用于大区域的森林郁闭度反演,为林业资源调查提供有力的依据。该研究结合激光雷达数据和LANDSAT ETM+数据估测温带森林郁闭度。以高密度机载激光雷达(ALS)点云数据估算的郁闭度作为模型训练数据和验证数据,通过LANDSAT ETM+影像数据计算得到的8种植被指数作为自变量,使用多元逐步回归(MSR)、随机森林(RF)和Cubist 3种模型,对内蒙古大兴安岭根河林区森林郁闭度进行估测。经验证,Cubist模型的效果比较好(决定系数R2=0.722,均方根误差RMSE=0.126,相对均方根误差r RMSE=0.209,估计精度EA=79.883%)。结果表明,结合激光雷达数据和LANDSAT ETM+影像数据估算温带森林郁闭度非常有潜力。但要将其推广应用于更大区域尺度的森林郁闭度遥感估测,模型的预测能力还有待进一步改进和提高;自变量应尝试加入更多种类遥感数据和其他遥感因子参与建模,例如采用地形因子、高分辨率遥感影像提取纹理特征等,最大可能地减少光学影像、植被指数、地形阴影等带来的影响,提高反演精度;激光雷达数据计算得到的郁闭度的准确性和可靠性还需进一步验证。     

联合星载ICESat-GLAS波形与多光谱Landsat-TM影像的森林郁闭度估测

森林郁闭度的空间分布是评价森林生产力和分解率的一个重要指标.本研究以吉林汪清林区为研究区,分别利用星载激光雷达ICESat-GLAS波形数据和多光谱遥感Landsat-TM影像对该区的森林郁闭度进行估测,然后采用多元线性回归和BP神经网络两种方法对GLAS数据和TM数据进行联合,共同估测了森林郁闭度.结果表明:单一遥感数据估测森林郁闭度时,GLAS数据的模型决定系数为0.762,TM数据的模型决定系数为0.598.将GLAS数据和TM数据联合后估测森林郁闭度时,多元线性回归模型的复决定系数为0.841,BP神经网络模型的仿真精度为0.851.表明ICESat-GLAS数据与Landsat-TM影像联合能够发挥多源遥感数据的优势,提高森林郁闭度的估测精度,并为后续的空间区域内森林郁闭度的连续制图提供可靠的方法.     

基于NBR指数分析大兴安岭呼中森林过火区的林火烈度

基于TM影像和3S技术手段,利用NBR指数对1986—2010年大兴安岭呼中林区森林过火区林火烈度进行了定量评价,分析了林火烈度与植被类型、海拔、坡度和坡向等环境因子的关系.结果表明:呼中林区的林火发生次数和面积年际变化明显,每年6—8月是林火的高发期,重度火烧区占总过火面积的84.2%.过火区中,兴安落叶松林占89.9%;海拔1000～1500m区域占68.8%;东、南、西、北4个坡向的过火面积占62.5%,阴、阳坡过火面积差异不明显;坡度15～25°的斜坡区域过火面积占38.4%.不同程度林火烈度的过火面积由大到小依次为重度火>中度火>轻度火>未过火,其中,重度火过火面积>70%,中度火过火面积在10%左右,轻度火和未过火的过火面积<5%.呼中林区林火烈度以重度火为主,对森林资源的破坏程度极大.在大兴安岭林区的林火管理中,应尽早开展森林可燃物处理工作,以降低林火烈度,保障森林生态系统的安全.     

地形校正对森林生物量遥感估测的影响

基于常用的4种地形校正模型（Cosine模型、C模型、C+SCS模型、Minnaert模型）,以IDL语言为二次开发平台,对黑龙江省帽儿山地区2007年7月21日TM图像进行地形校正,从视觉差异、图像的定量统计特征两方面评价了4种地形校正模型的修正效果,并比较了地形校正后几种遥感因子与森林生物量的相关性,建立了森林生物量的遥感反演模型,分析了不同地形校正模型对森林生物量反演的影响.结果表明：由于K-T变换采用线性变换方式,地形校正后遥感数据与森林生物量的相关性出现了较大波动,应根据地表信息调整变换参数,因此该变换方式不适合与地形校正结合使用;植被指数的信息量在地形校正后明显提高,其与森林生物量的相关性显著增强;4种地形校正模型中,Cosine校正过度,不宜采用,C模型和C+SCS模型通过引入半经验参数,较好地消除了地形效应,Minnaert模型校正后降低了森林生物量估测的误差,有效地提高了遥感反演模型的精度.     

基于高光谱影像湖泊叶绿素a浓度反演分析

针对湖泊叶绿素a浓度的快速变化及水体富营养化问题,以太湖水体为例,利用太湖区域2019年10月、11月和12月的珠海一号高光谱影像,采用波谱特征分析、主成分分析、皮尔逊相关系数、建立反演模型分析江苏省太湖区域水体叶绿素a浓度的分布状态以及时空变化状况。通过主成分分析划分与水体信息相关的成分,提出采用珠海一号高光谱影像的中红外波段建立耦合可见光和近红外辐射信号的WCI模型。结果表明:(1)水体光谱曲线特征与主成分分析结果一致,分别为光合作用波段、细胞散射波段和水体增温波段。(2)改进的耦合可见光与中红外辐射信号的建立的WCI模型的反演精度最高,均方根误差RMSE为(1.4008 mg·L^-1),平均相对误差(MRE)为10.69%。(3)2019年10月一12月间,湖泊叶绿素浓度整体变化不大,太湖叶绿素a浓度的遥感反演结果总体上呈现为湖西区域浓度较低,湖东区域浓度较高的特征。     

长白山典型林区森林资源利用适宜性分析

天然林保护不是简单的禁伐,东北林区作为天然林保护的限伐林区,目前仍有一定数量的成过熟林采伐任务,如何科学合理地选择伐区非常重要．鉴于传统森林资源采伐利用操作中存在顾此失彼的问题,现代科学的森林资源经营理论认为,森林资源利用要坚持可持续利用原则,并且要更多考虑森林资源的生态效益,遥感(RS)数据及地理信息系统(GIS)技术,通过提供空间选择技术支撑,可以准确定位符合采伐标准的森林资源地理位置,并确定其面积、森林类型等信息,从而促进森林资源的科学合理利用．本文综合考虑各方面要素,以长白山典型林区露水河林业局为例,以最大程度发挥森林生态系统的生态功能为原则,进行了森林资源利用状况评价,对研究区森林资源未来利用的空间选择以及采伐利用方式进行了探讨,以期为将来制订科学的森林经营策略提供依据。     

紫茎泽兰入侵滇中不同森林群落的特征

外来种紫茎泽兰(Ageratina adenophora)入侵森林群落,会对其物种多样性造成极大的影响。本文以云南省昆明市海口林场为例,对比分析不同森林群落的物种多样性差异与紫茎泽兰的相关性,探究群落类型及其特征与紫茎泽兰入侵的关系。结果表明,乔木层盖度和物种丰度与紫茎泽兰的株高和盖度呈极显著的负相关,灌木层、草本层盖度和物种丰度与紫茎泽兰的入侵无显著相关性,说明乔木层对紫茎泽兰的入侵影响更大。根据CCA排序,林区内森林群落可划分为两种类型:原生性较强的天然林和人工林;林区内道路距离是影响紫茎泽兰分布的重要因素。两种森林类型间,紫茎泽兰的重要值无显著性差异,紫茎泽兰的重要值与被入侵群落的Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数、Alatatlo均匀度指数存在显著或极显著的负相关关系,与Shannon指数存在负相关关系但不显著,说明紫茎泽兰的入侵对森林群落的物种多样性有显著影响。原生林对紫茎泽兰有相对较高的抗性,但也与群落环境综合特征、距道路距离、人为干扰程度等有关。     

利用机载激光雷达技术估测东北林区典型针叶林的蓄积量

为了推广激光雷达技术在森林蓄积量估测计量方面的应用,本研究以东北林区云冷杉林、落叶松林、红松林和樟子松林4种典型针叶林为对象,基于机载激光雷达获取的点云数据提取特征变量,结合800块地面样地数据,采用逐步回归方法和偏最小二乘方法,建立4种针叶林的蓄积量模型。结果表明: 偏最小二乘法建立的模型精度优于逐步回归方法(ΔR²=0.05～0.15,ΔRRMSE=2.6%～4.2%);在参与建模的3类点云特征变量中,贡献最大的是点云高度变量(被选择26次),其他变量有一定的辅助作用(分别被选择12次和11次);使用偏最小二乘方法建立的林分蓄积量模型中,红松林(R²=0.79,RMSE=60.92,RRMSE=22.9%)和落叶松林(R²=0.76,RMSE=28.39,RRMSE=25.8%)的精度最高,云冷杉林(R²=0.81,RMSE=46.96,RRMSE=27.7%)次之,樟子松林(R²=0.50,RMSE=55.49,RRMSE=30.4%)的精度稍低。研究结果为东北林区4种典型针叶林蓄积量估测提供了一种有效的方法。     

福州市森林碳储量定量估算及其对土地利用变化的响应

基于RS与GIS技术,以遥感影像数据、土地利用数据、森林资源二类调查数据为主要数据源,采用逐步回归法建立森林蓄积量定量估测模型。根据"蓄积量-生物量-碳储量"推算方法,对福州市森林植被碳储量和碳密度进行估算。建立福州市土地利用转移矩阵,分析2000—2010年土地利用变化影响下的福州市森林碳储量变化特征。结果表明:(1)根据不同的森林类型,即常绿阔叶林、常绿针叶林、针阔混交林分别建立的多元线性回归模型修正决定系数分别为0.599、0.679、0.694,通过模型适用性检验和精度验证。(2)2000年、2010年福州市森林植被碳储量总量分别为12.499Tg、12.642Tg,植被碳密度分别为18.694、18.708 t/hm~2,森林植被碳储量增加了1.430×10~5t。(3)福州市闽清县、永泰县、闽侯县的森林植被碳密度常年保持较高水平,并呈现出增长趋势;罗源县、长乐市、连江县森林植被碳密度较低,并呈现下降趋势。(4)2000—2010年,灌木和耕地是主要土地利用类型转出者,森林和建设用地是主要土地利用类型转入者。森林主要由灌木和耕地转化,主要向建设用地、耕地进行转化。由于土地利用变化,10年间福州市总碳储量减少了1.711×10~4t,其中土壤碳储量减少2.230×10~3t,植被碳储量减少1.489×10~4t。     

森林火灾碳排放计量模型研究进展

森林火灾是森林生态系统重要的干扰因子,是导致植被和土壤碳储量减少的重要途径之一.森林火灾含碳气体排放对大气碳平衡及全球气候变化具有重要影响,科学有效地对其进行计量,对了解森林火灾在全球碳循环和碳平衡中的地位具有重要意义.本文从3个方面阐述森林火灾碳排放计量模型的研究进展： 森林火灾直接排放总碳和含碳气体计量方法;森林火灾碳排放计量模型的影响因子及计量参数;森林火灾碳排放计量中不确定性原因剖析.最后提出了提高碳排放计量定量化的3种路径选择： 利用高分辨率遥感数据、改进算法、提高森林火灾面积的估测精度、结合有效可燃物计量模型,提高估测可燃物载量的准确率;使用高分辨率遥感影像,并结合室内控制实验、野外试验与火烧迹地调查确定燃烧效率;通过大量室内燃烧实验和野外空中采样来确定排放因子和排放比.     

长白山典型林区森林资源景观格局变化分析

利用研究区1985年及1999年遥感影像作为数据源,在GIS支持下并结合地面资料对森林资源景观格局及其变化进行研究．从两期地物斑块面积标准偏差来看,成熟针叶林(1985年为279．3,1999年为98．64)、成熟阔叶林(1985年为162．94,1999年为68．54)、中龄阔叶林(1985年为113．14)、中龄针叶林(1999年为160．71)斑块面积分布均匀程度均较同期其它地物类型小,这也说明这些地物组成中景观类型多样性及物种多样性．从景观相似性指数分析来看,中龄阔叶林(1985年为0．118,1999年为0．116)、中龄针叶林(1985年为0．07,1999年为0．336)、成熟阔叶林(1985年为0．312,1999年为0．228)、成熟针叶林(1985年为0．237,1999年为0．174)4类植被在15年间较同期其它地物类型稳定,是研究区景观的主要组成部分．湿地在两期的孔隙度都较大,湿地的均质化程度很小,形成了更多的斑块镶嵌体,湿地破碎化程度较高．     

纵向岭谷区不同景观类型的服务价值

基于2001年纵向岭谷区的遥感影像,将研究区划分为森林、草地、农田、湿地、水体、城镇、冰川7个一级景观类型,根据气候带、植被及地貌划分了26个二级景观类型,并利用中国陆地生态系统服务价值的研究成果,在GIS技术的支持下,对纵向岭谷区各景观类型的服务价值进行了研究.结果表明：纵向岭谷区总服务价值为5 302.35×10⁸ yuan·a^-1,占中国总服务价值的9.47%;在研究区提供的年服务价值中,土壤形成与保护的服务价值所占比例最高,占18.50%,其次是气体调节和生物多样性保护的服务价值;受景观类型分布广度和单位面积服务强度的综合影响,占研究区总面积66.11%的森林景观对区域总服务价值的贡献最大,贡献率达85.34%,其次为草地和农田景观.     

中国森林生态系统N平衡现状

由于N饱和生态系统的出现,森林生态系统作为环境污染储蓄库的认识受到挑战。收集了近十余年来全国各地森林N素循环的研究资料,通过对目前大气N沉降、森林生物固N、森林生态系统N的流失、淋失、挥发等各项收支参数的分析,借助农田养分收支平衡的估算思路和方法对全国森林生态系统N平衡进行了估算。结果表明,我国森林生态系统N的输入大于输出,全国森林生态系统年容纳大气N约为736万t,其中约176万t来自于大气N沉降,约599万t来自于生物固N。而进入到森林生态系统中的N约16万t固定在木材中用以维持森林蓄积的增加,其余绝大部分则保存于森林土壤,使得森林土壤全N含量大约以每年0.002%的速率增长。但不断增加的N素输入并未导致森林生态系统N饱和,全国的森林蓄积仍保持增长的趋势,森林生态系统在N的生物地球化学循环过程中起着重要的调节作用,仍是环境N的储蓄库,对于调节气候,防治污染具有重大作用。     

基于人工神经网络的天然林生物量遥感估测

基于Landsat TM遥感图像, 以吉林省汪清天然林区为例, 应用B-P神经网络建立了森林生物量非线性遥感模型系统. 除采用遥感数据外, 该系统还引入了地形因子(海拔、坡度、坡向、立地类型等)作为模型自变量. 通过压缩输入数据和增强网络训练学习算法等措施, 对标准B-P神经网络进行了增强. 模型仿真结果表明：增强型B-P神经网络具有收敛速度快和自学习、自适应功能强的特点, 能最大限度地利用样本集的先验知识, 自动提取合理的模型, 模型预测结果能真实合理地反映实际情况. 针叶林、阔叶林和针阔混交林的生物量遥感模型系统仿真结果的平均相对误差分别为-1.47%、2.38%和3.56%, 平均相对误差绝对值分别为6.33%、8.46%和8.91%, 预估效果较理想. 应用该模型系统生成了研究区的森林生物量定量分布图, 其总体精度为88.04%.     

长白山森林景观边界动态变化研究

通过野外调查、遥感和地理信息系统相结合的方法来研究长白山森林景观边界的动态变化规律,并通过相关性分析,探讨了长白山森林景观破碎化过程和景观边界指数变化的关系。首先对遥感影像进行计算机分类,其次,构建了描述景观边界的指标体系,再次,从景观边界的长度、密度、对比度、形状和多样性5个方面,对长白山森林景观边界的动态在景观类型尺度和景观尺度上进行分析。结果表明,在20多年的时问内,苔原面积减少了3694．8hm^2,云冷杉林的面积减少了130482．03hm^2,阔叶红松林面积增加了41610．4hm^2,岳桦林面积增加了66978hm^2．由于森林砍伐和毁林造田以及其它人类活动(如旅游)的影响,长白山森林景观的破碎化程度趋于增加,景观边界形状趋于复杂景观破碎化过程和景观边界指数变化的相关性分析证实了可以用景观形状指数(LSI)、对比度加权边界密度(CWEI))、边界加权总长度(TEGT)、加权景观形状指数(LSI-WGT)的变化来指示森林景观的破碎化程度。景观边界形状指数的大小还可以用来反映人类活动对景观的影响程度。最后,针对目前长白山森林景观破碎化程度趋于增大的情况,建议采取积极措施,防止长白山森林景观的进一步破碎化,以便更好地保护天然林。     

秦岭西部山地针叶林凋落物持水特性

采用野外实地观测与室内浸提法,对秦岭西部地区4种主要针叶林（华北落叶松、日本落叶松、粗枝云杉和欧洲云杉）林地凋落物的储量、持水量、持水率和吸水速率进行了研究.结果表明：林龄相近的4种针叶林林下凋落物储量大小依次为粗枝云杉（29.81 t·hm^-2）>欧洲云杉（26.17 t·hm^-2）>日本落叶松（13.30 t·hm^-2）>华北落叶松（8.46 t·hm^-2）;不同林型不同分解程度凋落物的持水量和持水率与浸泡时间皆呈对数关系,其吸水速率与浸泡时间呈幂函数关系,而各种持水特性与森林类型和凋落物的分解程度无关;研究区4种针叶林半分解层凋落物的持水能力均强于分解层,而落叶松林的持水能力较云杉林强.     

黄土丘陵区油松水土保持林生长过程与直径结构

应用标准木树干解析法,研究了黄土丘陵沟壑区阴坡和阳坡两种21年生(密度为2 222株·hm^-2)油松林分的生物量、林木生长过程和直径结构.结果表明：两种林分树高、林木直径和材积生长过程明显不同,阴坡林分的生物量、生长状况和直径结构优于阳坡林分.两种林分树高速生期出现在9～13年生之间,13年生以后,阴坡林分的生长量明显高于阳坡林分(21年生时,前者的连年生长量约在0.26 m·a^-1,后者在0.1 m·a^-1左右).两种林分的胸径生长量在13年生以后明显降低,但阴坡林分的降幅明显小于阳坡林分;17年生以后,前者的连年生长量明显大于后者(21年时,前者约在0.46 cm·a^-1,后者只有0.27 cm·a^-1左右).两种林分单株材积生长量在13年生之前差异较小,13年生之后,阴坡林分的连年生长量明显大于阳坡林分(21年生时,前者为0.0023 m³·a^-1,后者只有0.0015 m³·a^-1).两种林分直径分布都呈现顶峰左偏(林分密度偏大)的现象,但阴坡林分的偏度系数(SK为0.75)小于阳坡林分(SK为1.03)、而峰度系数(K为1.05)大于阳坡林分(K为0.94),说明阳坡林分密度偏大的程度大于阴坡林分.     

Estimation of Net Primary Productivity of Terrestrial Vegetation in China by Remote Sensing (in English)

Among the many approaches for studying the net primary productivity ( NPP ), a new method by using remote sensing was introduced in this paper. With spectral information source (the visible band, near infrared band and thermal infrared band) of NOAA-AVHRR, we can get the relative index and parameters, which can be used for estimating NPP of terrestrial vegetation. By means of remote sensing, the estimation of biomass and NPP is mainly based on the models of light energy utilization. In other words, the biomass and NPP can be calculated from the relation among NPP , absorbed photosynthetical active radiation (APAR) and the rate (ε) of transformation of APAR to organic matter, thus：NPP=(FPAR×PAR)×［ε*×σT×σE×σS×(1-Ym)×（1-Yg）］ . Based upon remote sensing (RS) and geographic information system (GIS), the NPP of terrestrial vegetation in China in every ten days was calculated, and the annual NPP was integrated. The result showed that the total NPP of terrestrial vegetation in China was 6.13×109 t C·a-1in 1990 and the maximum NPP was 1 812.9 g C/m. According to this result, the spatio-temporal distribution of NPP was analyzed. Comparing to the statistical models, the RS model, using area object other than point one, can better reflect the distribution of NPP , and match the geographic distribution of vegetation in China.     

秦岭森林生态系统服务价值的时空演变

以1984、2000、2005和2014年的Landsat TM影像为数据源,使用ERDAS软件中的监督分类方法获得秦岭土地利用类型分布图;从时间和空间角度对单位面积生态系统服务价值当量因子进行区域修正,并利用植被覆盖度进行逐像元二次修正后,运用RS和GIS技术计算1984—2014年秦岭森林生态系统服务价值,所得结果利用敏感性指数进行验证.结果表明: 1984—2014年,研究区森林面积约占总面积的77%,耕地和建设用地面积变化最明显;秦岭生态系统总服务价值逐年增长,研究期间共增长1.68×10¹⁷元,增长速率最快的森林生态系统服务价值的贡献率为93.8%,水域和草地的贡献率分别为1.6%和1.3%;生态系统服务价值在空间分布上呈现出随距研究区边界距离增大而增长的状态,且与秦岭土地利用类型的空间分布和单位面积价值基本一致;各项服务功能的年变化率相差不显著,4大生态系统功能中,调节服务价值对生态系统总服务价值的贡献最大(62.7%～65.8%),而气候调节服务价值变化最大,增加4.91×10¹⁶元;敏感性指数均小于1,表明修正后的服务价值指数较稳定,估算结果较可靠.秦岭森林生态系统服务价值巨大,加强森林生态系统的保护是维持秦岭生态系统稳定的有效措施.