CN104359462A - 一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，它涉及一种提高测量叶面积指数精度的方法。本发明的目的是为了解决现有半球摄影法因光学仪器自身局限性而存在测量误差，使检测得到的森林生态系统季节动态变化的LAI值精确率低的问题。本发明通过构建经验模型得出半球摄影法测量值的校正值，所述经验模型为y＝axb，其中y为各林型在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的LAI校正值，x为利用半球摄影法测定得到的LAI值。本发明的方法对生态环境负面影响最低，数据精确度显著提高。

Description

一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法
技术领域
本发明涉及一种提高测量叶面积指数精度的方法，具体涉及一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，属于森林生态技术领域。
背景技术
叶面积指数(leaf area index,LAI)是一种量化植被冠层结构特性的重要参数，准确地测定LAI的季节变化对了解许多森林生理生态进程(如光合、蒸腾及林冠截留降水等)的季节变异至关重要，此外，也是预测林分生长最重要的指标之一。随着科学技术的发展，利用光学仪器法来监测森林生态系统LAI的动态变化得到广泛关注，主要因为其方便快捷，易于获取数据。然而，光学仪器法因其自身局限性常常存在测量误差，因此，如何提高光学仪器法估测LAI季节变异的精度问题亟待解决。目前，提高光学仪器法的精度有两种方法：1，校正影响光学仪器法估测LAI精度的误差源(木质部和集聚效应)；2，建立直接法和间接法(又称光学仪器法)间的经验模型，再通过该模型来校正间接法测定值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有半球摄影法因光学仪器自身局限性而存在测量误差，使检测得到的森林生态系统季节动态变化的LAI值精确率低的问题。
本发明的技术方案是：一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，通过构建经验模型得出半球摄影法测量值的校正值，所述经验模型为y＝axb，其中y为各林型在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的LAI校正值，x为利用半球摄影法测定得到的LAI值；其中，
所述针叶林的a值范围为：0.9448-1.1477，b值的范围为：1.9955-2.0693；
所述阔叶林的a值范围为：1.6988-3.034，b值的范围为：0.6061-1.1644；
所述针阔混交林的a值范围为：0.3468-1.6577，b值范围为：1.8986-3.3467。
所述针阔混交林中，针叶树木和阔叶树木间隔布置。
所述针叶林和针阔混交林的地理位置为东经127°至130°，北纬46°至49°，所述阔叶林的地理位置为东经127°至129°，北纬44°至45°。
所述叶生长期为针叶林、针阔混交林和阔叶林所在地理位置六月份到八月份时期之间，所述叶稳定期为针叶林、针阔混交林和阔叶林所在地理位置的八月份时间，所述叶凋落期为针叶林、针阔混交林和阔叶林所在地理位置的九月份时期。
所述针叶林在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的a值分别为1.0092、0.9448和1.1477，b值分别为：2.0693、1.9955和2.0107；
所述阔叶林在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的a值分别为：1.6988、3.034和1.756，b值分别为：1.1644、0.6061和1.1409；
所述针阔混交林在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的a值分别为：1.6577、0.3468和1.0153，b值分别为：1.8986、3.3467和2.7025。
本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明以针叶林，阔叶林和针阔混交林为研究对象，分别建立了叶生长期，叶稳定期和叶凋落期内直接法和间接法测定的LAI间的经验模型。由表1和表2的测量结果比对可看出，针叶林内，在6月、8月和9月，半球摄影法测定LAI的精度分别为43％、39％、37％，经过经验模型的校正后精度均得到明显提高，分别达到98％、98％、97％。阔叶林内，在6月、8月和9月，半球摄影法测定LAI的精度分别为52％、49％、51％，经过经验模型的校正后精度均得到明显提高，分别达到97％、97％、93％。在针阔混交林，在6月、8月和9月，半球摄影法测定LAI的精度分别为34％、35％、31％，经过经验模型的校正后精度均得到明显提高，分别达到97％、94％、97％。结果表明，通过直接法和间接法间的经验模型，半球摄影法能准确地测定不同森林类型LAI的季节变化，精度高于93％，本发明的方案对生态环境负面影响最低，数据精确度显著提高，为快速、高效地测定不同森林类型LAI的季节变化奠定基础，为后期的科学研究提供了可靠的数据保证。
具体实施方式
本发明的具体实施方式为：一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，包括：
利用半球摄影法测定有效的LAI值，记为x；
构建经验模型y＝axb；
根据经验模型计算出校正后的LAI值。
所述针叶林的a值范围为：0.9448-1.1477，b值的范围为：1.9955-2.0693；
所述阔叶林的a值范围为：1.6988-3.034，b值的范围为：0.6061-1.1644；
所述针阔混交林的a值范围为：0.3468-1.6577，b值范围为：1.8986-3.3467。
所述针阔混交林中，针叶树木和阔叶树木间隔布置。
利用半球摄影法测定有效的LAI值，包括以下步骤：取自动曝光的平均校正系数为1.5；采用Winscanopy 2006冠层分析仪采集半球图像,包括数码相机和180°鱼眼镜头，数码相机利用三脚架固定在离地面1.3m处,图像采集在阴天或日出和日落前后进行,采集时相机保持水平,相机设置如下：光圈设置为F5.3；自动曝光；像素为2272×1704；图像保存为JPEG格式；
采用DHP软件处理所述半球图像用以测定x，其步骤为：1.设置天顶角范围，天顶角范围采用0°-60°之间,分为6环，每环覆盖10°；2.设置采集图像所用相机的型号；3.设置GAMMA＝2.2；4.根据图像直方图设置每环的阈值；5.运行程序计算有效LAI数值，既x。
所述针叶林和针阔混交林的地理位置为东经127°至130°，北纬46°至49°，所述阔叶林的地理位置为东经127°至129°，北纬44°至45°。
所述叶生长期为个树种所在地理位置的六月至八月之间，所述叶稳定期为各树种所在地理位置的八月份，所述叶凋落期树种所在地理位置九月份。测量各林型在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的真实LAI值的方法包括以下部分：利用凋落物法测定各林型叶稳定期，即LAI最大时期的LAI数值；对于落叶阔叶树种，通过累加落叶季节的凋落叶产生的LAI得到LAI最大时期的真实LAI；对于常绿针叶树种，先测定一年内针叶树种的凋落叶产生的LAI，然后乘以针叶的平均存活周期得到针叶树种的总LAI，综合落叶和常绿针叶树种的LAI可得到整个林分的总的真实LAI数值。
叶生长期LAI的测定：在叶生长期初和叶稳定期，分别监测各林型内叶片的生长状况，每个树种选择三株样树，每株样树选择一个样枝，记录整个样枝上所有叶片的叶长和叶宽，计算每个树种在叶生长期初和叶稳定期内的平均总叶面积，然后利用叶面积的增长速率代替LAI的增长速率，将该速率结合各树种在叶稳定期的LAI即可得到每个树种在叶生长期初的LAI，综合各树种，即可得到整个林分的LAI。
叶凋落期LAI的测定：利用叶稳定期的真实LAI减去叶稳定期和叶凋落期之间的凋落叶产生的LAI，即可得到每个树种在叶凋落期的LAI，综合各树种即可得到整个林分的真实LAI。
所述经验模型的相关系数为R2，范围为:针叶林在0.69**-0.75**之间，阔叶林在0.66**-0.73**之间，针阔混交林在0.73**-0.85**之间。
表1.不同林型不同季节直接法和间接法测定LAI间的经验模型。
**P<0.01
表2.不同林型不同时期叶面积指数测定结果。

Claims (5)

1.一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，其特征在于：通过构建经验模型得出半球摄影法测量值的校正值，所述经验模型为y＝axb，其中y为各林型在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的LAI校正值，x为利用半球摄影法测定得到的LAI值；其中，
所述针叶林的a值范围为：0.9448-1.1477，b值的范围为：1.9955-2.0693；
所述阔叶林的a值范围为：1.6988-3.034，b值的范围为：0.6061-1.1644；
所述针阔混交林的a值范围为：0.3468-1.6577，b值范围为：1.8986-3.3467。
2.根据权利要求1所述一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，其特征在于：所述针阔混交林中，针叶树木和阔叶树木间隔布置。
3.根据权利要求1所述一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，其特征在于：本发明的方法用于针叶林和针阔混交林的地理位置为东经127°至130°，北纬46°至49°，阔叶林的地理位置为东经127°至129°，北纬44°至45°。
4.根据权利要求3所述一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，其特征在于：所述叶生长期为针叶林、针阔混交林和阔叶林所在地理位置六月份到八月份时期之间，所述叶稳定期为针叶林、针阔混交林和阔叶林所在地理位置的八月份时间，所述叶凋落期为针叶林、针阔混交林和阔叶林所在地理位置的九月份时期。
5.根据权利要求1-4任意一项所述一种提高半球摄影法测量叶面积指数季节变化精度的方法，其特征在于：所述针叶林在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的a值分别为1.0092、0.9448和1.1477，b值分别为：2.0693、1.9955和2.0107；
所述阔叶林在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的a值分别为：1.6988、3.034和1.756，b值分别为：1.1644、0.6061和1.1409；
所述针阔混交林在叶生长期、叶稳定期和叶凋落期的a值分别为：1.6577、0.3468和1.0153，b值分别为：1.8986、3.3467和2.7025。
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