长白山林区森林生物量变化定量驱动分析

根据研究区单木生物量模型及森林资源清查资料计算样地生物量,采用试验精度较高的遥感模型进行4期遥感数据的森林生物量估算,获得区域单位面积生物量变化值,并利用bootstrap方法对引起这种变化的气象因素、森林经营活动因素和社会经济因素等驱动因子进行变量筛选,利用偏最小二乘算法建立不同时间段的森林生物量变化驱动模型,计算变量投影重要性指标（VIP）定量刻画各因素对森林生物量变化的影响重要程度.结果表明：目前人为因素对长白山林区森林生物量变化的影响程度（VIP值）已经小于自然因素,说明国家对林区的森林保护政策已经起到了明显的效果.本文拓宽了森林生物量变化驱动分析的内容,引入了VIP值对森林生物量的变化驱动因子进行定量刻画,为定量分析森林生物量的变化提供了一条新的途径.     

塔河森林生态系统蒸散发的定量估算

蒸散发是农业、气象、水文科学研究的重要参数,是全球水文循环过程的重要组成部分.本文应用改进的DHSVM分布式水文模型,利用光学遥感TM数据反演得到叶面积指数等地表数据,由数字高程模型求得坡度、坡向等地形指数因子,定量估算塔河地区2007年逐日蒸散发.应用BP神经网络建立逐日蒸散发量与逐日径流出口流量的关系,并建立研究区水量平衡方程,共同检验研究结果的准确性.结果表明:该模型可以较好地应用于本研究区.塔河流域年总蒸散量234.01 mm,蒸散发与季节有明显的相关性,夏季蒸散发值最高,日均蒸散发值1.56 mm,秋季、春季日均蒸散发值分别为0.30、0.29 mm,冬季蒸散发值最低.地表覆盖类型对蒸散发值影响明显,阔叶林的蒸散发能力强于针阔混交林,其次为针叶林.     

基于微波遥感技术探测森林地表土壤含水率

森林地表土壤含水率是森林生态系统中的重要参数,使用微波遥感技术快速准确地估算区域尺度上的森林地表土壤含水率,对于森林生态系统研究具有重要的现实意义.本文利用TDR-300土壤含水率速测仪测得黑龙江大兴安岭地区塔河林业局盘古林场内120块样地的森林地表土壤含水率作为因变量,利用C波段全极化SAR数据的极化分解参数作为自变量,构造多元线性回归统计模型和BP神经网络模型,定量估测森林地表土壤含水率,通过模型反演获得区域尺度上森林地表土壤含水率的空间分布.结果表明: 多元线性回归统计模型的精度为86.0%,均方差根误差(RMSE)为3.0%;BP神经网络模型的精度为89.4%,RMSE为2.7%.说明利用BP神经网络模型定量估测森林地表土壤含水率优于多元线性回归模型,将全极化SAR数据通过BP神经网络模型进行仿真,最终得到研究区域的森林地表土壤含水率空间分布图.     

4-Scale几何光学模型冠层反射率模拟的空间尺度适用性

明确4-Scale模型模拟森林冠层反射率适用的空间尺度,有助于提高其应用于不同植被类型冠层反射率模拟时的精度,进而提升其开展叶面积指数、郁闭度和其他参数的反演精度。以黑龙江省尚志市帽儿山实验林场2块100 m×100 m森林样地(阔叶林与混交林各一块)为研究对象,分别分割为10、20、30、40和50 m空间尺度,使用4-Scale模型模拟森林冠层反射率,采用局部平均法、最邻近法、双线性内插法和立方卷积法对空间分辨率为10 m的Sentinel-2影像升尺度转换至其他尺度并评价,对比分析模拟冠层反射率和遥感像元反射率,明确混交林和阔叶林适合4-Scale模型高精度反演参数的空间尺度。结果表明：4-Scale模型整体低估了像元森林冠层反射率,混交林和阔叶林冠层反射率在20 m尺度的模拟效果均最差,红光波段和近红外波段的均方根误差(RMSE)和平均绝对偏差(MAE)均较大;>20 m尺度的模拟效果开始变好,混交林40 m、阔叶林30 m时模型的适用性最佳,红光波段和近红外波段下,模拟值与遥感像元反射率之差的均值和标准差最小,RMSE和MAE同样最小;10 m尺度混交林和阔叶林模拟结果...     

三种植被冠层二向反射分布函数模型的比较

 随着定量遥感技术的发展, 描述森林冠层二向反射分布函数(BRDF)的机理模型越来越多。该研究采用3种植被冠层BRDF模型——DART模型、4SCALE模型和MGEOSAIL模型, 模拟了不同郁闭度样地在红光、近红外波段各个观测角度下的场景反射率, 并比较分析了不同BRDF模型的适用性和局限性。结果表明: MGEOSAIL模型只适于模拟样地郁闭度较小、林木个体较大条件下的场景反射率, 且热点效果不十分明显; DART模型和4SCALE模型适于任何郁闭度条件下的场景反射率的模拟, 并且精度较高; 4SCALE模型模拟的场景反射率介于DART模型模拟的1次散射与5次散射之间。这3种模型在模拟近红外波段的场景反射率时, 均存在“碗边”效应。     

不同步长尺度下BEPS碳循环模型的协同应用

小时步长的BEPSHourly模型可以模拟植被日内生态生理过程,但模型的结构及解算过程复杂耗时,常适用于站点尺度进行参数优化及总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)的日内变化分析;日步长的BEPSDaily模型解算日光合速率方法简单,不涉及众多的迭代过程,模型耗时较少,适用于模拟计算区域初级生产力及分析区域碳源/汇空间分布.本研究根据BEPSDaily及BEPSHourly各自的模型特点及适用性,提出了小时步长及日步长BEPS模型的协同应用研究方法.首先利用BEPSHourly模型在站点尺度进行主要光合作用参数——最大羧化速率(V_{c max})、最大电子传递速率(J_max)的优化,将优化后主要光合作用参数引入区域BEPSDaily模型进行参数修正,再基于优化修正后的区域BEPSDaily模型进行区域NPP估测.结果表明: 基于通量数据对光合作用主要参数进行优化可以提高模型的模拟能力;2011年,帽儿山地区不同森林类型的初级生产能力依次为阔叶林>针阔混交林>针叶林;本研究提出的不同步长尺度碳循环模型协同应用研究方法能够有效地进行主要光合作用参数的优化,模拟GPP、NPP的月平均日内变化,快速估测区域NPP并分析碳源/汇空间分布.     

3S技术在哈尔滨市郊景观生态规划中的应用

利用哈尔滨市遥感数据资料,在RS、GIS 和GPS技术支持下,获取哈尔滨市郊景观格局现状及哈尔滨数字高程模型（DEM）.选取平均斑块面积、景观优势度、平均坡度、平均海拔和破碎度因子对其进行综合分析,并借助 DEM 模型进行景观生态规划.结果表明,3S技术为典型景观类型的确定提供了科学依据;建立了市郊景观类型数据库,并生成景观类型专题图;土地利用现状和景观空间分布以及地形地貌和土地利用类型相结合.DEM和遥感影像的叠加,从大尺度上定性刻画市郊的景观生态规划,而景观生态规划和DEM 的叠加,更加直观地反映了市郊的景观结构,为提高区域生态功能,促进城乡一体化的健康发展提供科学依据.     

基于InTEC模型的塔河森林净初级生产力影响因子定量分析

森林净初级生产力(NPP)是反映森林碳源/汇能力的重要参数,其时空变化同时受气象变化(大气温度、降水等)、大气成分变化(CO₂浓度、N沉降)和各种森林干扰的影响.然而,目前影响森林NPP变化的关键因子尚不明确.为了探究这一问题,本研究在综合考虑InTEC模型的干扰和非干扰因子的基础上,重新模拟了不同立地指数下的NPP-林龄关系,并嵌入1987—2015年林火数据,模拟1901—2015年塔河森林平均NPP变化特征,设计9种模拟情景定量分析1961—2015年不同影响因子对塔河森林NPP变化的贡献,并探究塔河森林NPP年际以及年代变化的主要影响因子,为森林经营提供指导性策略.结果表明: 1901—1960年,塔河森林NPP的变化趋势较为平稳,1960年以后NPP随干扰因子变化趋势显著.林火和立地指数(SCI)的引入,均在不同时间对NPP的分布特征产生了不同影响.1960年以后,塔河森林NPP大幅变化的主要原因是森林年龄和林火的干扰,其年际平均贡献率为-49%,其次是降水和CO₂,分别为-28%和17%,气温和氮沉降的平均贡献率分别为5%和1%.     

基于不同空间尺度遥感影像估算森林叶面积指数的差异

地面测量点对遥感像元的代表性如何,怎样获取像元的相对真值,多大的空间分辨率可以真实地反映森林区域的叶面积指数(LAI),这些都是定量遥感中的重要问题.本研究计算LAI-2200和TRAC两种冠层分析仪测量的空间范围,并结合GF-2(4.1 m)、Sentinel-2(10 m)、Landsat-8(30 m)3种不同空间分辨率遥感影像,找到各尺度下像元的相对真值,在保持真值观测面积和遥感获取面积一致的条件下,基于一元指数和多元回归模型,对比分析不同空间分辨率影像对估算森林LAI的影响,并对3种影像模型进行30和100 m尺度下的检验以及各自数据集的空间代表性评价,比较得出最适合表达研究区域森林LAI的尺度.结果表明:对于森林来说,高分辨率并不一定能充分反映森林LAI.基于3种分辨率影像的统计模型都能很好地估测森林LAI,其中,基于Sentinel-2的反演精度最高,基于GF-2的反演精度最低.30和100 m尺度下的检验结果表明,基于GF-2反演模型高估了森林LAI,基于Landsat-8的反演模型低估了森林LAI,基于Sentinel-2分辨率的统计模型可以很好地估测研究区域森林LAI.     

三峡库区秭归县景观格局变化及模拟预测

基于1987和2002年秭归县TM影像,采用景观指数的研究方法,分析了1987—2002年间秭归县各景观类型的变化情况,并运用马尔柯夫模型对未来50年研究区的景观格局进行了模拟预测.结果表明：1987—2002年间,秭归县景观格局发生较大变化;不同景观类型面积的分配趋于均衡,疏林地面积大幅增加,旱田和灌木林地面积明显下降,景观总体的平均形状指数下降,表现为各景观集中连片化分布,且形状趋于简单,人为干扰的影响较明显;总体上,该区景观多样性和破碎化情况均有不同程度的改善.未来50年,研究区疏林地将呈现出快速增长的趋势,林地的增幅次之,旱田和灌木林地面积将不断下降,其他景观的变化幅度不大.该区景观格局变化的驱动力主要为县城搬迁和林业政策.