森林地上生物量遥感反演研究进展

森林地上生物量是反映森林生态系统状况的关键性指标之一,对全球气候变化、以及我国实现碳达峰和碳中和目标具有重要意义。遥感技术快速发展并日益成熟,已成为大区域尺度森林地上生物量反演的主要技术手段。通过系统梳理国内外相关文献资料,从数据源和反演模型两方面对森林地上生物量遥感反演研究进展进行讨论：从数据源角度,阐述分析光学遥感数据、合成孔径雷达数据、激光雷达数据等3种数据源提供的有效信息、优势及局限;从反演模型角度,结合实际应用案例讨论分析多元回归模型、机器学习算法、机理模型等3种模型的特点及适用范围。在总结现阶段利用遥感手段反演森林地上生物量存在问题的基础上,分析探讨未来森林地上生物量遥感反演的方向和热点。     

甘肃亚高山云杉人工林地上部分生物量研究

通过对甘肃省白龙江林区沙滩林场的22块云杉人工林标准地进行调查研究,以胸径、树高、D2H分别为自变量拟合建立云杉人工林树干、树冠及地上部分生物量模型。通过假设检验,所拟合的生物量具有统计学意义,方程为W树干=0.146 D2.065,W树冠=0.029 D2.431,W地上=0.155 D2.214。     

基于无人机遥感的胡杨地上生物量估测模型构建

为了构建胡杨冠幅及地上生物量估测模型,在胡杨分布区设置的样地中选取328株样木,以无人机遥感数据提取的胡杨冠幅为自变量,以胡杨生物量模型获取的地上鲜生物量为因变量,通过相关及回归分析方法,构建不同函数形式的估测模型并进行精度分析。结果显示,墨玉县、巴楚县、轮台县,以无人机遥感估测胡杨生物量的最优模型均为三次曲线函数形式,精度分别为94.93%,95.63%,92.24%。研究确定了处于不同林龄胡杨样地的地上生物量的最优估测模型。可见,运用无人机遥感估测生物量是可行的,可为胡杨林的经营管理和生态价值评估提供技术支撑。     

基于机载激光雷达的崇礼冬奥核心区林分地上生物量反演

【目的】基于机载激光雷达数据建立结构稳定的林分地上生物量预测模型,考虑最小二乘、混合效应和贝叶斯等参数估计方法对最优生物量预测模型选择进行探讨,为生物量建模方法研究、生物量估测提供科学依据,为冬奥核心区实现“双碳”目标和生物量模型计算提供技术支撑。【方法】基于崇礼冬奥核心区2种森林类型(华北落叶松和白桦)62块实测样地及对应的激光雷达数据,通过变量筛选分别建立最小二乘、混合效应和贝叶斯生物量模型,应用确定系数(R²)、均方根误差(RMSE)、残差、总体相对误差(TRE)评价模型,采用留一交叉法验证模型精度。【结果】筛选出相关性较高的激光雷达变量共20个,最终进入模型的自变量3个。拟合效果最好的是Logistic混合效应模型(RMSE=22.99 t·hm^-2,R²=0.768,TRE=6.08%),分树种建立模型后华北落叶松模型拟合效果提升(RMSE=22.92 t·hm^-2,R²=0.795,TRE=7.45%),白桦模型预测精度提高(RMSE=23.34 t·hm^...     

森林背景反射率对乔木层地上生物量遥感估算的影响研究——以大兴安岭林区为例

遥感技术能够大面积覆盖和动态监测森林冠层叶片特征,森林乔木层地上生物量(AGB)与叶生物量之间存在良好的统计关系,根据遥感数据提取森林有效叶面积指数(LAIe)以估算叶生物量、进而估算AGB是可行的。然而,利用遥感数据提取森林LAIe时会受到林下植被等背景信息的影响。因此,论文以我国东北大兴安岭林区为研究区,利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据和四尺度模型定量研究森林背景反射率对冠层LAIe和乔木层AGB遥感估算的影响。结果表明:背景反射率对森林LAIe遥感反演和AGB估算影响显著,利用遥感数据提取的背景反射率对背景影响订正后,反演的LAIe与基于高分辨率专题制图仪(TM)影像反演出的LAIe之间的相关性明显提高,决定系数(R~2)由0.32(n=25,p0.10)增大到0.48(n=25,p0.01),遥感估算的AGB与利用森林一类清查数据估算的AGB之间R~2由0.52(n=10,p0.05)上升到0.86(n=10,p0.01),LAIe和AGB高估现象得到明显纠正。     

基于Landsat 8影像的汝城县森林地上生物量遥感估算研究

精确估测森林生物量是分析森林碳动态和碳循环的基础。本研究采用汝城县森林资源连续清查数据,结合Landsat 8遥感影像,分析了森林地上生物量的空间自相关和空间异质性,并选取显著相关的植被指数因子,分别构建普通最小二乘模型、空间滞后模型以及地理加权回归模型,并绘制汝城县森林地上生物量的空间分布图。结果表明:通过对森林地上生物量的空间效应分析,发现样地生物量的空间自相关和空间异质性不容忽视。与普通最小二乘回归相比,空间滞后模型和地理加权回归模型可以减少空间效应对森林地上生物量估测的影响。地理加权回归模型可以最大程度地减少过高或过低估计,估测森林地上生物量的精度最高,决定系数达到0.756,均方根误差和平均相对误差最小,分别为17.288 t·hm^-2和-8.542%。因此使用Landsat 8遥感影像结合地理加权回归方法在改善森林地上生物量的估测中具有巨大潜力。     

利用度量误差模型和分段建模方法建立云南云杉相容性立木材积和地上生物量模型

以云南云杉实测立木材积和地上生物量数据为例,利用度量误差模型方法和分段建模方法建立相容性的一元和二元立木材积和地上生物量模型。结果表明,无论常规模型还是分段模型二元立木材积模型的相关统计指标得到了大幅度的改进,而二元地上生物量模型的相关指标与一元模型相比差异不大;常规二元立木材积模型在小径阶下存在明显的偏差,分段模型从整体上能够有效地解决系统偏差问题;所建的分段一元立木材积模型和地上生物量模型的平均预估精度分别到了90％和95％,同时分段二元立木材积模型和地上生物量模型的平均预估精度均到了97％。     

基于Landsat8 OLI遥感因子的思茅松地上生物量二阶抽样估测

基于Landsat8 OLI遥感影像和森林资源二类调查数据,选择云南省普洱市镇沅县为研究区,在90%的抽样精度(E)与95%的可靠性指标(t_α)的条件下,应用二阶抽样技术,以镇沅县思茅松单位面积AGB、单位面积地上蓄积量、7个单波段及5个植被指数作为抽样标志,对不同抽样方案的抽样总体方差、变动系数、标准误差、绝对误差、估测精度、AGB估测值及估测误差进行分析,并与简单随机抽样、系统抽样对比,分析不同抽样方法应用不同抽样标志的综合效率。结果表明：1)二阶抽样综合效率远远高于简单抽样和系统抽样;2)基于单波段和植被指数的二阶抽样效率普遍优于基于二调数据的,二阶抽样效率最好的抽样标志是ARVI与NDVI,2种植被指数仅需154个样本,较基于二调数据的二阶抽样降低60%的样本量,精度能达到最高,分别为97.50%和97.67%。研究结果说明基于遥感因子的二阶抽样可以大幅提高抽样效率。     

基于仿真大光斑激光雷达和多层感知器的森林地上生物量估算模型构建

森林是全球重要的陆地生态系统,各国普遍采用地面样地调查的方法评估其资源量和生物量。随着激光雷达技术的发展,采用星载大光斑激光雷达估算大区域森林地上生物量将成为另一种选择。为探索利用大光斑激光雷达估算森林地上生物量的方法,提出了一种基于仿真大光斑激光雷达和多层感知器的森林地上生物量估算模型。比较仿真大光斑激光雷达波形参数13种组合拟合森林地上生物量的效果后,认为多层感知器的估测精度高于多元线性回归。与样地实测地上生物量相比,多元线性回归估测结果的偏差范围为-34.96~23.28t/hm²,多层感知器估测结果的偏差范围更小,为-19.09~20.19t/hm²。因此,多层感知器估测森林地上生物量的效果优于多元线性回归。     

基于照相技术的枸杞地上生物量模型研究

以内蒙古托克托县枸杞灌木作为研究对象,利用照相技术和图像处理软件获取各植株侧面宽度D、植株高度H、侧面照相面积S等参数,建立起基于这些参数或参数组合的枸杞地上生物量拟合方程。经过检验,以植株侧面照相面积S为自变量的幂函数回归模型可用来估算枸杞地上生物量。侧面照相面积S与植株的生长状况密切相关,通过照相技术和图像处理软件获取S等参数相对简便、准确,在实际操作中能提高工作效率。     

海子坪天然毛竹无性系种群地上部分生物量结构研究

采用回归模型对海子坪天然毛竹无性系种群地上部分各构件单位生物量进行拟合为:W秆=2.867 7+0.007 3D2H、W枝=0.001 0D2H、W叶=-0.591 5+0.102 8D和地上部分总量W总=2.661 5+0.008 8D2H;秆、枝、叶的生物量分别占地上部分总生物量的88.48%、8.59%和2.93%;整个种群的生物量积累是随着年龄的增大含水率逐渐减小和生物量积累逐渐增多的过程.     

考虑地形效应的高山松地上生物量遥感估测模型构建

[目的]研究基于遥感因子与地形因子构建香格里拉市高山松地上生物量非线性混合效应估测模型,提高高山松地上生物量估测精度.[方法]以2015年和2018年Landsat 8 OLI与对应年份样地实测数据为基础,通过二元生物量模型计算出高山松地上生物量.提取植被指数、纹理等遥感因子.将地形因子按照一定等级进行划分后作为模型因...     

立木生物量建模样本数据采集方法研究

开展全国森林生物量监测和评估,建立适合较大区域范围的通用性立木生物量模型将成为必然趋势。从建立全国立木生物量模型的实际需求出发,对建模样本数据的采集方法进行专题研究。首先,在文献调研的基础上,对国内外相关研究和应用现状进行了综述。然后,结合大范围应用的实际情况,提出立木生物量建模样本的数据采集方法,其中:树干按上、中、下3个部分测量鲜重,再分别在1/10、3.5/10、7/10树高处各取2个圆盘样品测含水率;树冠分上、中、下3层测量鲜重,并分层各抽取3个标准枝测定枝、叶比例,再在各层标准枝(不含叶)和全部标准枝的树叶中抽取含水率测定样品;树根按全挖法测定鲜重,再分树蔸(树桩)、粗根(≥10 mm)、细根(10 mm)抽取含水率测定样品。最后,提出样本数据处理和计算的有关方法。研究成果为全国立木生物量建模样本采集提供技术依据。     

森林地上生物量多模式遥感信息动态分析及建模框架

森林控制着全球碳循环的动态,而森林地上生物量是固碳能力的重要标志,是评估森林碳收支的重要参数,是系统发挥其它生态功能的物质基础。基于任何单一的方法,如森林资源清查资料方法、遥感模型反演方法、通量观测法以及生态模型方法等均无法高效地刻画森林地上生物量及其动态变化信息。基于此,提出改进森林地上生物量估测精度的时空连续性的新思路和新方法,即基于已有的多模式遥感数据及产品、森林生态过程时空动态知识和各种地面连续观测数据提取的时空动态特征,采用同化算法进行遥感信息动态建模,生成高精度、时空连续、物理量一致的森林地上生物量及其动态变化产品。     

基于Landsat时间序列数据的森林地上生物量估测研究进展

利用时间序列遥感数据可以提高森林生物量估测精度和估测生物量动态变化,为森林碳储量和气候变化研究提供更为精确的反演基础.文中基于Landsat时间序列数据研究森林地上生物量的遥感估测方法,从数据预处理、数据重构、遥感因子选取以及模型构建与精度评价4个方面进行回顾和评述,并提出研究建议与展望.     

富源县老厂乡灰金竹种群结构与地上部分生物量初步研究

分析富源县老厂乡灰金竹无性系种群的种群结构和地上部分生物量,结果表明:该地区灰金竹种群年龄结构较为合理,部分竹林在无人管理,经营粗放的条件下,年龄结构呈现老化趋势;灰金竹种群的杆龄结构处于壮中龄期,林分株数和蓄积量在杆龄分布上呈现均衡发展;该地区的灰金竹林种群按直径的分布符合正态分布规律,是竹林较理想的直径结构;灰金竹种群的地上部分各构件的生物量所占比例为杆﹥枝﹥叶.     

五年生杉阔混交林分叶面积指数与地上生物量关系的研究

作者于1983-1987年在西江林场进行了杉阔混交试验。结果表明：建立的叶面积与叶子重的经验公式适用于5年生杉木、木荷、红荷木、火力楠叶面积估测；杉阔混交林分地上生物量同叶面积指数呈线性相关；在相同叶面积指数的水平上，杉阔混交林地上生物量多数低于纯杉林。     

森林地上生物量合成孔径雷达技术反演研究综述

森林地上生物量是森林获取能量的重要体现,准确掌握其动态变化对了解森林生长过程、实现生态系统的有效修复具有重要意义。合成孔径雷达技术（SAR）具有全天时、全天候的特点,在森林地上生物量（AGB）反演中极具潜力。星载SAR技术的发展,使得SAR数据源日益丰富,利用极化SAR技术、干涉SAR技术、极化干涉SAR技术、层析SAR技术、多频SAR技术可以实现对森林不同维度的观测,从而提供森林不同维度的信息,进而提高采用SAR技术进行森林AGB反演的能力。文中介绍星载SAR传感器及可获取SAR数据的现状,在此基础上重点阐述基于后向散射信息、极化信息、干涉信息、极化干涉信息、层析信息、多频SAR信息在森林AGB反演中的现状及存在问题,展望了SAR技术在森林AGB反演中的发展趋势。     

北京地区栓皮栎地上部分生物量的研究

以北京地区栓皮栎人工林为研究对象,应用典型样地调查法和相对生长法对乔木生物量展开研究,结果显示：各器官中生物量大小顺序为树干〉枝条〉叶片,其中树干约占65%,树冠约占35%。通过回归分析探讨了各变量的相关性,并对其各器官的生物量与胸径和树高进行模型拟合。其中树干和树冠的生物量与胸径、树高的拟合方程分别是：W=0.018（D2H）1.09、W=0.9（D）2.128。