基于地面LiDAR数据的塔里木河下游胡杨林结构参数反演

以塔里木河下游天然胡杨林为研究对象,利用Riegl VZ-1000型地面激光扫描仪(Terrestrial Laser Scanning, TLS)获取离河道不同距离的8个样方内513棵胡杨的三维点云数据,通过建立冠层高度模型、Hough变换等方法获取单木株数和结构参数,并与传统的每木检尺实测数据和无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)低空影像进行对比,验证激光雷达方法的测树精度;对TLS获取的胡杨树形参数进行相关性分析,并建立关系模型;探讨不同水胁迫条件(不同离河道距离,不同地下水埋深)对胡杨单木结构参数的影响;最后按不同径级划分胡杨的年龄,得出各龄级胡杨所占比例。结果表明:(1)TLS能够高精度获取不同密度和长势的胡杨单木株数和结构参数,单株准确分割比率为94%—100%,相对于UAV低空影像更为准确;(2)TLS获取的胡杨树高(Tree height,TH)、胸径(Diameter at breast height, DBH)、冠幅直径(Crown diameter,CD)和冠幅面积(Crown area,CA)与传统实测值拟合度R~2较高,分别为0.95、0.97、0.77和0.84,表明实测数据和TLS获取数据无明显差异;(3)胡杨CD、CA分别与TH呈显著正相关,其相关性系数为0.73、0.67;基于此构建了胡杨TH与CD的关系模型,即TH=2.6274×CD~(0.706),R~2为0.64;(4)根据径级划分胡杨年龄段可知,DBH为15—30 cm的近熟林比例最大,占8个样方内监测胡杨总株数的47%,表明胡杨种群年龄结构相对稳定并总体态势良好,呈现了生态输水对塔河下游胡杨种群恢复有明显的促进作用。总之,激光雷达技术能够客观反映胡杨树形结构参数,可替代耗力、耗费、耗时的传统实测方法,为时时掌握胡杨林生长发育、长势动态以及多尺度、多时相生态耗水研究提供高精度信息,为干旱区荒漠河岸林的有效保护与可持续管理提供科学依据。     

古田山亚热带常绿阔叶林粗根空间分布特征及影响因子分析——探地雷达途径

粗根在森林生态系统内扮演重要角色,粗根空间分布不仅与环境因素有关还受到生物因素的影响,根系密度可以在一定程度上反映森林群落地下生长及种间竞争情况.根系研究一直是生态学领域极具挑战性的工作,传统的挖掘法具有费时、费力、破坏样地、不能连续测定等缺点.在自然保护区,原则上禁止使用破坏性取样方法进行研究.因此,应用非破坏性方法进行森林粗根研究具有重要的实践意义.应用探地雷达技术,对古田山自然保护区24公顷监测样地内山脊、山坡、山谷3种生境及胸径大于50 cm优势树种甜槠、木荷的地下粗根密度进行研究.结果发现:(ⅰ)探地雷达探测3种生境粗根密度均值为88.04 roots/m2.粗根主要集中在地表0~40 cm土层范围,土壤深度增加,粗根密度迅速下降.粗根密度集中于树种周围,较开阔样地或距树木一定距离处粗根密度较低;(ⅱ)山脊、山坡、山谷间总粗根密度差异显著,山脊、山谷粗根密度大于山坡;优势种甜槠粗根密度大于木荷.直径>3 cm的粗根在山谷分布数量显著大于山坡、山脊,该部分粗根在20~40 cm土层密度值最大;(ⅲ)粗根密度随树种丰富度的增加而显著降低,优势树种甜槠、青冈、马尾松个体数对粗根分布有影响显著;(ⅳ)0~40 cm是粗根的"基础分布层",大部分粗根分布于此范围,粗根密度均值为84.18 roots/m2,与地形变化、树种丰富度、稀疏树种丰富度、地上树木密度均没有显著回归关系;40~60 cm土层,环境与生物因素均会影响粗根密度的大小,是森林根系减小空间重叠、邻根干扰、缓解竞争压力的"潜在分布层".研究表明,应用探地雷达技术可以实现对粗根空间分布及影响因子较准确、有效的非破坏性研究.     

迁飞昆虫生物学参数反演及种类辨识分析

虫害严重威胁着我国的粮食安全,迁飞昆虫中有许多是农业害虫,其远距离迁飞是导致虫害异地暴发的重要原因.昆虫雷达是观测昆虫迁飞最有效的工具,在迁飞昆虫的监测和预警中发挥着越来越重要的作用,但传统昆虫雷达不能准确获取昆虫的各项生物学参数,因此无法实现昆虫种类的精确识别.随着雷达技术的创新和发展,通过昆虫雷达获得较为准确的昆虫生物学参数成为可能,为基于昆虫雷达实现迁飞昆虫个体种类辨识提供了依据.本文综述了从雷达回波中提取多频和极化散射参量,然后基于不同的电磁散射反演昆虫生物学参数的方法,并对比分析了基于不同方法的昆虫体重、体长、体宽和振翅频率的反演精度.最后基于生物学参数,采用5种机器学习算法以高精度实现了 23种迁飞昆虫的种类辨识,并分析了昆虫生物学参数的测量误差对迁飞昆虫种类辨识精度的影响,初步验证了利用雷达实现高精度迁飞昆虫种类辨识的可行性.     

柑橘大实蝇成虫的翅载和额外负载能力

对柑橘大实蝇Bactrocera (Tetradacus) minax (Enderlein)的有效管理受阻于对其成虫运动行为的较少的认识。通过测定其成虫翅载能力和忍受额外负载重量的能力, 从而确定其成虫所携带不同的额外负载的电子标签重量对其正常起飞的影响程度, 为制作合适的昆虫谐波雷达的电子标签提供技术参数。其雌雄成虫的翅载能力并没有随着成虫个体重量增加而降低, 也没有因为性别不同而存在差异。成虫经过正常取食和饥饿（只喂清水）变化处理, 其成虫平均净载重量约为11 mg。来自网室成虫忍受额外负载试验结果表明, 成虫额外负载7.3 mg重量或为占其自身体重大约23%重量对于其向上起飞行为有较少或没有直接的影响。结果进一步表明, 在确定昆虫谐波雷达技术跟踪其成虫携带的电子标签适合性时, 选择的电子标签的重量不能超过7.3 mg。     

昆虫雷达让我们看到了什么?

昆虫雷达的应用深化了人们对昆虫迁飞行为机制的认识。昆虫雷达让我们看到了弱小的昆虫主动起飞 ,以一定的速度爬升到巡航高度乘风远行 ,并对大气风温场表现出令人难以置信的适应和选择能力 ,通过成层 (边界层顶现象 )、定向和集聚等主动行为 ,最大限度地利用空气动力到达新的栖息地。这些全新的画面展示出远迁的昆虫并非完全被动的随风飘流者 ,而是一个个驾舟中流击水的舵手。     

东北地区粘虫的季节性迁飞行为(英文)

粘虫Mythimna separata是我国农业生产上的重要害虫, 为了明确其季节性迁飞行为参数, 本研究采用垂直监测昆虫雷达（vertical-looking radar, VLR）及相关辅助设备的长期自动观测, 结合基于GIS的大区环流和轨迹模拟, 调查分析了2005年东北地区粘虫季节性迁飞行为。结果表明： 粘虫在不同季节和夜间不同时间空中飞行高度具有明显差异, 空中飞行行为受气象条件尤其是空中风场影响较大; 春季和秋季主要借助气流运载进行大规模长距离迁飞, 夜间持续飞行时间可达9 h, 多数个体能完成整夜飞行, 春季迁飞高度主要在300~600 m, 秋季飞行高度相对较低主要在300 m以下和400~500 m。夏季雷达回波有明显的成层现象, 最高可达1 000 m, 主要集中在500 m和700 m两个高度层。轨迹分析显示： 5月29日由山东潍坊、 临沂等虫源地起飞的黏虫, 顺西南气流越海迁飞, 6月1日在气旋天气影响下, 在吉林省白城等地降落; 7月中旬主要为当地黏虫受对流天气影响进行短距离迁飞扩散; 9月11日虫源来自内蒙古呼伦贝尔, 顺西北气流向吉林省东南方向迁飞。研究结果为东北地区粘虫的有效防控提供了技术支撑。     

粘虫成虫在气流场中飞行行为的观察研究

通过改进悬吊测飞技术、室内风洞和野外雷达相结合的观测方法,研究了粘虫在气流场中的飞行行为特征及其与气流的关系。直筒风洞自由飞行观测的结果表明,粘虫蛾对气流有明显行为反应,表现为头部迎风起飞和迎风飞行的特性;在3.0～5.5 m/s风速下,有92%～94% 的个体可一次逆风飞行通过2 m长的风洞;当风速≥6.0 m/s时,有71.9%的蛾子沿螺旋状的飞行轨迹逆风通过风洞。环形风洞悬吊飞行测试的结果表明,粘虫可逆风飞行的最大风速为7.2 m/s;在风速≤4 m/s条件下,90%以上个体头部迎风飞行或头部朝向与风向成一定的夹角,侧逆风飞行。 雷达观测发现粘虫在空中迁飞过程中具有成层现象,并有较强的秋季回迁定向行为,其头部总是朝向西南;迁飞的最终位移与风向及风速大小有关,迁飞位移速度是飞行速度与风速的矢量和。     

在中国应用垂直波束雷达监测褐飞虱和其他水稻害虫迁飞的可行性

近年来,可用于昆虫迁飞研究且可自动运行的垂直波束雷达(vertical-looking radar,VLR)的发展使得对迁飞性害虫的周年长期自动监测成为可能。本文提供了我们对能否将这种雷达应用于中国的褐飞虱和其他水稻害虫的监测与预测体系以改善其综合治理的可行性研究结果。以往的研究已经表明,这些害虫一般在300—2000m高度迁飞;而我们根据褐飞虱的雷达和射有效截面的计算结果表明,目前使用的3．2cm波长的VLR对褐飞虱个体目标的最大可检测高度仅约240m;虽然建造一部8．8mm波长的VLR即可覆盖褐飞虱迁飞高度的绝大部分,但其造价和维护费用均过于昂贵。为此,一个更可行的解决方案是,以3．2cm波长的VLR作为包括大多数水稻害虫在内的个体较大的迁飞性害虫的监测工具。     

华北地区昆虫秋季迁飞的雷达观测

1999年9－10月利用昆虫雷达对华北地区昆虫秋季回迁的观测表明,秋季迁飞主要发生于19：00－05：00时,飞行高度一般在300－2000m。迁飞方向与风向一致,多为从东北向西南方向迁飞。运行速度和飞行高度成正相关,迁飞个体的平均运行速度由392m高度的4.8m/s增加到2000m处的27.8m/s。空中灯光诱捕表明,甜菜夜蛾和棉铃虫为优势迁飞种类。     

2016年华北南部二代二点委夜蛾成虫迁飞的雷达观测

【目的】为了明确玉米新发害虫二点委夜蛾Athetis lepigone的迁飞行为,为该虫的区域性监测预警提供依据。【方法】2016年7月在华北南部的新乡市原阳县,利用旋转极化垂直昆虫雷达和高空诱虫灯观测了2代二点委夜蛾成虫在空中的迁飞行为,利用轨迹分析软件HYSPLIT分析该虫的迁飞范围。【结果】2代二点委夜蛾成虫在日落后(19:00左右)开始起飞,2 h后达到最大值,二点委夜蛾成虫最大高峰时间主要出现在前半夜,次日凌晨虫量逐渐降低,至7:00左右迁飞活动停止,整个迁移活动持续12 h。二点委夜蛾成虫在空中成层分布,其最髙飞行高度低于1 200 m,但虫量最大处位于600-700 m。第2代二点委夜蛾成虫每晚的平均最长飞行时间为7.972 h,平均位移速度为9.12 m/s,每晚平均最远距离大约为261.74 km。结合风场和轨迹模拟分析表明,7月份二点委夜蛾以北迁为主,河南中部的漯河及许昌等地区是雷达观测点二点委夜蛾峰值时的直接虫源区,其余来自邻近区域。【结论】本研究明确了华北南部地区2016年2代二点委夜蛾在空中的迁飞参数及迁飞范围。