联合LiDAR和多光谱数据森林地上生物量反演研究

【目的】森林地上生物量的准确估测对于实时掌握全球碳储量变化及应对气候变化有着重要的意义。组合多种遥感数据特征优选,分类建模反演森林地上生物量,是提高森林地上生物量精度的有效方法。【方法】以根河市大兴安岭生态观测站寒温带天然林为研究对象,以机载激光雷达(LiDAR)、Landsat8 OLI两种遥感数据源结合55块地面调查数据,采用偏最小二乘算法优化筛选变量,再以线性多元逐步回归和快速迭代特征选择的最近邻算法(KNN-FIFS)构建模型,在两种数据源的不同组合方式下进行森林地上生物量反演。【结果】①基于线性多元逐步回归模型下的单一LiDAR数据反演精度决定系数(R²)为 0.76,均方根误差(RMSE)为 21.78 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为 0.24,RMSE为39.27 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R² 为 0.84,RMSE为18.16 t/hm²;②基于KNN-FIFS模型下的单一LiDAR数据反演精度R²为 0.74,RMSE为23.83 t/hm²;单一Landsat8 OLI数据的反演精度R²为0.60,RMSE为 29.63 t/hm²;LiDAR和Landsat8 OLI联合反演精度R²为0.80,RMSE为21.15 t/hm²。【结论】①特征优选支持下的3种组合方式中,LiDAR和Landsat8 OLI两种数据的组合在两种模型中反演精度均最高,其中线性多元逐步回归模型的反演精度最高,说明LiDAR和Landsat8 OLI数据组合,激光雷达与光学数据优势特征互补,协同反演可有效提高森林地上生物量的反演精度;②单一数据源反演森林地上生物量精度中,LiDAR数据比Landsat8 OLI数据在两种模型反演精度中均较高,这与LiDAR数据空间分辨高、可获得垂直结构特征参数有关。     

利用MODIS增强型植被指数反演草地地上生物量

利用2002年5～9月MODIS增强型植被指数(EVI)、NDVI及同期地上生物量(ANPP)资料,分别按照5个月份、4种草地类型、2种植被指数,建立了VI-ANPP的线性模型和幂模型.研究结果显示,地面样地采样时间对模型影响较大,7月份模型相关性高,6,9月份相关性低.按照4种草地类型,草甸和典型草地模型相关性高,沙地和荒漠模型相关性低.按照植被指数,月份EVI-ANPP的相关性比NDVI-ANPP的相关性普遍提高,尤其是草地已经开始衰退的9月份;但草地类型EVI-ANPP的相关性只有在草甸和荒漠这两种草地中有明显改善,而在典型草地和沙地草地中相关性降低.按照不同模型类型,幂函数模型比线性模型的相关性普遍提高,只有当线性模型已经很好的草甸才例外.如果只使用5,7,8三个月的样地建立VI-ANPP模型,则相关性普遍提高.NDVI-ANPP线性模型的R2由原来的0.49增加为0.59,NDVI-ANPP幂模型的R2由原来的0.54增加为0.71;EVI-ANPP线性模型的R2由原来的0.52增加为0.63,NDVI-ANPP线性模型的R2由原来的0.55增加为0.73.在这种普遍增长趋势下,只有荒漠草地的EVI-ANPP线性模型的R2由原来的0.54降低为0.46.     

呼伦贝尔草原地上生物量和营养物质动态研究

通过对呼伦贝尔草原6个主要草地类型初级生产力定位研究,结果表明各类草地地上生物量累积动态符合Logistic曲线,草地地上生物量衰减动态符合Y=a+b/x曲线,峰值期为8月;草群粗蛋白质含量随生长季的进展逐渐减少,粗纤维含量随生长季的进展逐渐减多,二者均符合Y=A+BX线性方程;草群中无氮浸出物、钙和磷含量的季节动态曲线为单峰型,草群粗脂肪、粗灰分含量的季节动态曲线均为双峰型.     

基于极化定向角补偿的思茅松林地上生物量反演

目的 极化合成孔径雷达在森林遥感监测中得到了广泛的应用。由于法拉第旋转和地物结构特性,电磁波极化定向角发生偏移,导致散射特征在机理上存在模糊性。本研究主要分析极化定向角偏移对体散射分量和地上生物量反演的影响。方法 以ALOS PALSAR全极化星载合成孔径雷达(SAR)数据为数据源,基于L波段散射特征,考虑地面与树干之间的二面角散射贡献,研究提出了一种扩展极化水云模型;基于Yamaguchi四分量分解参数和扩展极化水云模型估测思茅松林地上生物量。结果 通过酉变换来补偿极化定向角偏移后,体散射分量高估得到修正,极化定向角补偿后的体散射与实测地上生物量的回归模型较未补偿前效果更好(决定系数R²从0.214提升到0.332)。采用Yamaguchi四分量和扩展极化水云模型的地上生物量估测值和实测值有较强的相关性(R²= 0.644)和较低的均方根误差(23.11 t/hm²)。结论 SAR数据在极化分解前应进行极化定向角补偿,以减少体散射高估和二面角散射低估的问题,提高地上生物量反演精度。半经验极化扩展水云模型具有很好的估测森林地上生物量的潜力。     

河南伏牛山区典型森林植被乔木层生物量研究

选择伏牛山国家级自然保护区的五种典型植被类型作为研究对象,对15块临时样方内的乔木树种,分别测量出树高,胸径等因子,通过异速生长模型进行不同乔木树种生物量测定,进一步进行分析.结果表明,在选取的五种典型森林植被中,生物量大小依次为落叶针叶林落叶阔叶林针阔混交林常绿针叶林锐齿槲栎林.在落叶针叶林中,日本落叶松各个器官生物量在总的生物量所占比重从大到小依次为树干树根树枝树皮树叶.这一生物量分配格局既有利于日本落叶松的自身生长,也体现了对环境的适应性.在落叶针叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、常绿针叶林、锐齿槲栎林中,乔木树种的地上生物量均大于地下生物量,尤其是对于落叶针叶林来说,地上生物量远远大于地下生物量.     

不同潮区矮大叶藻地上高度和覆盖度以及生物量的动态变化

于2006年3月到2007年2月,研究广西珍珠港交东海草床高潮区、中潮区、低潮区矮大叶藻（Zosterajaponica）地上高度、覆盖度和生物量的动态变化。结果表明：矮大叶藻地上高度4月最大（10．2cm）,9月最小（4．3cm）,平均6．8cm;平均覆盖度46．1％,3月最大（65．0％）,9月最小（36．1％）;地上部分、地下部分的平均生物量分别为27．8g·m^-2和30．9g·m^-2平均4月最大,8月最小;地上高度、覆盖度及生物量低潮区〉中潮区〉高潮区,中潮区与整个海草床最相近;生物量与地上高度、覆盖度呈极显著正相关关系（P〈0．01）。     

羊草根际微生物数量动态及其与地上生物量关系的研究

用平板菌落计数法对松嫩平原羊草不同生育时期根际微生物数量的研究发现,随着羊草的生长发育,根际微生物数量呈现单峰曲线的变化趋势,表现为羊草生长发育初期根际微生物数量较少,随着生长条件的改善,微生物生长繁殖逐渐加快,数量逐渐增大,果后营养期达最大值,然后又下降.对羊草根际微生物数量与地上生物量的线性回归分析表明,在羊草整个生育时期,根际细菌、放线菌和真菌数量与羊草地上生物量都呈极显著正相关关系(P<0.01).     

亚热带常绿阔叶林幼树与灌木的地上生物量模型

【目的】准确估测亚热带常绿阔叶林木本植物幼苗、幼树及灌木的地上生物量,为森林生态系统的经营管理提供理论参考。【方法】通过采样准确获得九连山39种木本植物746个单株样本的地径(d)、树高(h)和木材基本密度(ρ),以及各器官(叶、枝、干)的地上生物量观测值,并按生活型将样本分为乔木组、小乔木组和灌木组3类,分别以d²、ρd²、d²h和ρd²h为自变量拟合模型,根据拟合模型的R²值和估计值的标准误(SEE)选择最优生物量模型。【结果】九连山常见木本植物的木材基本密度在0.459～0.784 g/cm³之间; 推导的64个生物量模型都具有较高的R²值和较低的SEE值,据此选择出16个最优生物量模型。其中,小乔木组和灌木组的叶片和枝条生物量在只含自变量d时具有较高的R²值,而乔木组和小乔木组树干以及总的地上生物量在含自变量d、h和ρ时具有较高的R²值和SEE值。【结论】研究拟合的模型可准确估算该地区及相似地区常见木本植物幼苗、幼树及灌木的地上生物量。     

基于冠幅直径和植株高度的灌木地上生物量估测方法研究

采用冠幅直径和植株高度两个易测因子,以河蒴荛花为例,用数理统计方法构建了该灌木地上生物量和枝、叶生物量估测模型.     

京津风沙源治理工程区植被地上生物量与净第一性生产力动态

"京津风沙源治理工程"区植被恢复效果是该区生态环境研究的重点,其中地上生物量与净第一性生产力又是体现植被恢复效果的重要指标.本文对整个"京津风沙源治理工程"区的植被地上生物量与净第一性生产力进行调查计算,并将这两项指标在工程第一阶段实施前后的状况进行对比.结果显示:整个京津风沙源区植被地上生物量与净第一性生产力上升;植被地上生物量与净第一性生产力低的土地面积逐渐减少,地上生物量与净第一性生产力高的土地面积逐渐增加;区域内土地具有良好的植被恢复潜力与趋势.表明整个治理工程经过5年的努力,植被恢复取得一定治理效果.研究结果可为"京津风沙源治理工程"第二阶段提供基础数据及有益参考.     

基于ICESat-GLAS波形数据估测森林郁闭度

为探究GLAS波形数据在估测森林郁闭度方面的潜力,以吉林省汪清林业局经营区为研究区,利用高斯低通滤波器对GLAS波形数据进行平滑滤波,从平滑后的GLAS波形数据中提取比值能量参数(I)和差值能量参数(e_c),针对不同森林类型分别建立森林郁闭度单变量模型和多变量模型。研究结果表明:利用参数I建立的单变量模型优于利用参数e_c建立的单变量模型; 而利用参数I和e_c建立的多变量模型明显优于单变量模型。对阔叶林来说,森林郁闭度模型的决定系数(R²_adj)和均方根误差(RMSE)分别为0.72和0.07,模型验证的R²_adj为0.74,RMSE为0.06; 而对于针叶林,模型的R²_adj为0.80,RMSE为0.10,模型验证的R²_adj为0.76,RMSE为0.11; 混交林模型的精度在阔叶林和针叶林之间,模型的R²_adj为0.75,RMSE为0.09,模型验证的R²_adj和RMSE分别为0.71和0.07。因此,GLAS波形数据在估测森林郁闭度方面具有一定的潜力,将参数I和e_c联合能够提高GLAS波形数据估测森林郁闭度的精度。     

广东黑石顶森林生物量的三维估算

基于广东黑石顶自然保护区的数字植被分布图,在样地调查的基础上,采用ArcInfo的2种三维模型(TIN模型和Lattice模型)估算了该区的总生物量,并与二维尺度的分析结果进行了比较.结果表明纯针叶林的单位面积生物量一般低于200 Mg/hm2,成熟阔叶林的单位面积生物量则高达460 Mg/hm2.在森林的总生物蓄积量估算方面,2种三维模型的计算结果非常接近,约为810× 103Mg,其中占保护区总覆盖面积10%的纯针叶林,生物蓄积量约占总生物蓄积量的7%,占总面积50%的针阔混交林,生物蓄积量约占38%,而占总面积仅33%的阔叶林,生物蓄积量则占55%.二维尺度的计算结果较三维模型估算的约低12%.海拔梯度变化的分析结果表明,生物蓄积量主要分布于海拔300～700m范围内,而单位面积生物量在海拔400～800 m处较高.     

温度对森林生长速率和生物量异速生长关系的影响

为了验证温度对植物生长速率-个体生物量之间的异速生长关系的影响,分析了年平均温度在-6.6～25.2℃的中国森林数据并按照生境温度的不同划分为13个温度分组.结果表明：在忽略温度影响的条件下,10个温度分组的生长速率与个体生物量之间的异速生长指数的95%置信区间包括WBE模型预测值3/4,且该指数随年平均温度的升高而增大.在考虑温度影响的条件下,玻尔兹曼因子能够显著增加生长速率-个体生物量之间的相关性,但并不改变生长速率-个体生物量之间的异速生长指数.因此,温度对植物的生长速率-个体生物量之间的异速生长关系具有重要影响,未来对大尺度植物生长速率的异速生长的研究应当充分考虑温度的影响.     

中国林业生物质能源的现状及发展方向

阐述了开发利用林业生物质能源的意义,分析了我国发展林业生物质能源的资源优势和发展潜力,介绍了我国林业生物质能源利用的状况,提出了林业生物质能源未来的发展方向。     

白山地区森林火灾释放碳量的估算

根据白山地区1969-2004年的森林火灾统计数据,计算出白山地区森林火灾年平均损失乔木地上生物量为16 267.39～21 689.85 t,年均释放碳量13118.92～17 491.89 t.用排放比法得出白山地区年平均森林火灾释放的CO2、CO、CH4量分别为43 292.43～57 706.69 t、3 14...     

黑石顶自然保护区森林生物量测定的比较分析

通过比较分析分别以D和D2 H作为变量的两个黑石顶阔叶树生物量回归方程应用于黑石顶不同植被类型样地所得结果 ,认为在使用通用的生物量回归方程计算不同群落的生物量时 ,特别是当不同群落树种组的H D关系变化较大时 ,以D2 H为变量的回归方程由于包含了树高因子 ,因此能更精确的估算生物量。比较了 4个邻近地区 (玉林、岑溪、宜山和桃源 )的杉木生物量回归方程应用于本地杉木林的情况 ,结果表明不同的回归方程计算所得的总生物量接近 ,说明可以把邻近地区杉木的生物量回归方程用于黑石顶地区杉木林生物量计算     

林木生物质热裂解液化制备胶黏剂技术经济分析

 将热裂解液化得到的生物油作为清洁化工原料用于制备酚醛树脂胶黏剂是林木生物质高效利用的重要方式。本文介绍了林木生物质热裂解液化制取生物油及生物油制备胶黏剂的技术概况,对比分析了生物油的利用方式,以河北地区年4000t处理量规模为例,对林木生物质热裂解液化生产线设备组成及投资规模、生物油生产成本和生物油替代苯酚制备酚醛树脂胶黏剂的经济效益等进行了探讨。分析表明,河北地区年4000t处理量的林木生物质热裂解液化项目投资约为250万元,生物油的实际生产成本约为1200元/t,将生物油全部用于制备酚醛树脂胶黏剂的直接经济效益至少可达330万元/a。林木生物质热裂解液化制备胶黏剂项目技术经济效益显著,具有良好的发展和应用前景。     

基于ETM遥感影像的城市温度反演及结果分析——以福建省泉州市为例

传统城市温度监测技术方法存在周期长、效率低的问题.而利用热红外遥感影像进行城市温度监测的方法具有准确、简便、实用等特点.利用ETM影像对泉州市进行温度反演,同时针对温度反演结果采用密度分割法进行专题制图,并借助GIS等工具和辅助数据,结合温度反演结果进行分析.结果表明:泉州市区温度分布差异明显,且分布不均匀;不同土地利用类型的地表温度存在较大差异,其中裸地及新开发用地的地表温度表现为异常高值(高于28℃),城区建筑用地地表温度较高(24～28℃),植被及绿化用地的温度较低(20～24℃),水体最低(低于20℃).估算的结果符合地表水热关系.结果提示,本研究方法能较好地反演出城市地表温度的分布状况.     

长穗高山栎萌生灌丛地上部分生物量及净初级生产量的研究

本文研究了昆明地区生长于石灰岩山地上的长穗高山栋萌生灌丛的地上部分生物量、净初级生产量及其萌生生长的特点.群落地上部分的生物量和净初级生产量因年龄、生境条件的不同有所变化.昆明地区4,5年生的长穗高山栎萌生灌丛地上部分的平均生物量和净初级生产量为11.86 t/hm~2和 4.09 t/hm~2.长穗高山栎遭砍伐后能很快萌生出大量新萌枝,第1,2年高生长显著,在以后的生长中多数萌枝将被淘汰,生长速度逐渐降低.