基于计算机模拟模型的林木冠层太阳短波辐射定量分析方法 |
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引用本文: | 张宇,张怀清,安锋,蒋玲,云挺.基于计算机模拟模型的林木冠层太阳短波辐射定量分析方法[J].林业科学,2024(4):16-30. |
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作者姓名: | 张宇 张怀清 安锋 蒋玲 云挺 |
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作者单位: | 1. 南京林业大学信息科学技术学院;2. 中国林业科学研究院资源信息研究所;3. 中国热带农业科学院橡胶研究所;4. 南京林业大学林学院 |
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基金项目: | 国家自然科学基金项目(32371876,32271877);;江苏省自然科学基金面上项目(BK20221337); |
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摘 要: | 【目的】定量模拟和刻画林木冠层太阳短波辐射的分布和截获情况,于时空变换下反演太阳短波辐射在不同林木冠层内的辐射通量变化,为林木培育经营和提质增效提供理论依据。【方法】首先,以公共数据集和真实扫描的校园内林木激光点云数据为例,结合设计的机器视觉算法,对林木激光点云进行枝叶分离和单叶分割,并用合适大小的椭圆形和圆柱体几何单元分别拟合每片叶片和骨架,开展林木真实模型重建;其次,运用计算机图形学方法,结合研究地点的经纬度和时刻,模拟太阳入射光线,并引入物理学的双向反射和透射分布函数及蒙特卡洛光线追踪算法,开展反射和透射光线与冠层内叶片的碰撞模拟;最后,根据仪器测量得到的不同树种叶片平均粗糙度和折射率,结合光线追踪算法,实现林木冠层内短波辐射分布计算和木林冠层光截获效率评估。【结果】利用本研究方法计算时空变换下不同树种(芒果、橡胶、紫薇、樱花)4株树冠及一片香樟树林的直射、反射和透射太阳辐射通量,其中直射辐射通量占比约86%、反射辐射通量占比约5%、透射辐射通量占比约9%。叶面积指数高的树冠会拦截更多直射和透射光线;在太阳高度角较小时刻(上午或下午),斜射的太阳光线反射后易与树冠中其他叶片发生二...
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关 键 词: | 太阳短波辐射 激光点云 计算机模拟模型 树木三维重建 林木辐射传输 |
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