CN110411502A - 一种乔木生长量与降水量关系的测计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种乔木生长量与降水量关系的测计方法，利用多种先进设备与技术获取森林小班时间序列上的多元数据，之后建立数学模型反映森林乔木生长量和年度降水量之间的关系。由此可根据降水量预测天然林生长状况，也可在人工林经营活动中参考指导适时浇水(喷灌、滴灌)或排水抗涝的问题。

Description

一种乔木生长量与降水量关系的测计方法

一、技术领域

本发明涉及一种森林乔木生长量与降水量关系的测计方法。特别是利用林地类型和立地质量结合RS、UAV、5-9棵树微样地法等多种设备与手段连年获取的信息数据进行多元回归分析，进而定量估测森林乔木生长量与降水量关系。

二、技术背景

森林是地球上最大的陆地生态系统，也是全球陆地上基因资源最丰富的宝库。对于国家而言，森林系统不仅有十分重要的经济价值，更有难以估量的环境价值，如：调节气候，涵养水源，保持水土，防风固沙，减轻空气污染，美化环境等等。

降水量是十分重要的气象指标。尤其是对于我国北方干旱半干旱地区而言，是森林赖以生存的主要水分来源。降水量对林木成活率、保存率和林木生长以及对土地、光热资源利用等都有着直接或间接的重要影响。随着全球气候变暖，我国北方地区冬季寒冷干燥；南方地区夏季高温多涝，暴雨频发；秋季阴雨连绵，冬春季干旱和夏季伏旱时有发生。在此背景下，利用多种先进设备与技术计测森林生长与降水量情况，通过时间序列上的多元数据获取与建模反映森林乔木生长量和年度降水量之间的关系。由此可根据降水量预测天然林生长状况，也可在人工林经营活动中参考指导适时浇水(喷灌、滴灌)或排水抗涝的问题。对于实际工作有着重要意义。

三、发明内容

本发明提供了一种森林乔木生长量与降水量关系的测计方法，利用多种先进设备与技术获取森林小班时间序列上的多元数据，之后建立数学模型反映森林乔木生长量和年度降水量之间的关系。

主要发明内容：

1、森林小班多元数据获取方法；

2、林分蓄积量推导形数计算方法；

3、多种立地条件下森林乔木生长量与年降水量关系模型；

本项发明与现有方法相比具有以下优点：

(1)相比传统小班林分要素的观测方法，本项发明利用5-9棵树微样地方法对小班林分要素进行估测更加方便快捷，大大减少了人工实地测算工作量。

(2)提出的解算思路易懂，解算模型简单，解算过程易操作，不存在培训与学习难度。

(3)提出的结合时间序列上的多元数据回归分析建模反演生长量与降水量之间关系的方法相比传统方法具有更高的估测精度，为表征森林乔木生长量与降水量之间的关系提供了一种新的思路和解算途径。

四、附图说明

图1为5-9棵树法微样地测量原理图；

图2为翻斗式雨量计示意图；

图3为推导形数参量表。

五、具体实施方式：

1、利用RS、UAV、测树超站仪、3D电子角规、雨量计、5-9颗树微样地法等设备和手段对300个左右的独立异质化小班进行定位定标连年观测，观测要素为两大类：①小班林分要素：主要包括树种、株数密度、林龄、胸径、树高等；②小班立地要素：主要包括地理位置、坡度、坡向、坡位、土壤厚度、降水量等。

2、利用连年观测获取的立地条件及林分调查因子等数据建立乔木生长与降水量之间的建关系模型，其过程如下：

(1)林分蓄积量M，以微圆样地5颗树(人工林)～9棵树(天然林)法连年定位定标测定小班林分要素(图1)。具体实践步骤如下：首先在林分内做初步统计，样地必须满足以下四项基本原则①选择样地要远离林分边缘；②样地中树木要尽可能接近林分标准木平均水平；③边界树一定要是离中心木最近的树；④尽量保证样地内树木大小比、混交度、角尺度和林分情况基本一致。然后选择1株树作为中心树，在中心树周围选取离中心树最近的n-1棵树为观测树，中心树与观测树共计n棵，最远一棵树记为n。在计算的时候，最远的观测树计为0.5棵。利用手持式测树超站仪分别测量并记录每棵树的胸径D_i，同时测量并记录中心木到第n株树的距离R_n。

①林分密度，式中R_n为中心木到最远株第n棵的距离；

②平均胸径，式中D_i为第i棵树的胸径，n为计数木株数；

③平均树高，式中Hi为第i棵树的树高，n为计数木株数

④林分蓄积量M需要根据推导形数(表1)求得，其计算公式如下：

(2)林分年度生长量ΔM为连续两次观测计算的蓄积量之差：

ΔM_i＝M_i+1-M_i(i为年份)

(3)利用翻斗式雨量计(图2)对降水量进行测计得到小班区域连续的年度降水量(按季度计量)：P¹ _i、P² _i、P³ _i、P⁴ _i。

(4)对于每一类立地条件下的独立异质化小班重复步骤1、2、3进行测计得到各自对应的林分立地要素与连年生长量和降水量。

(5)结合林龄G、坡度A、坡向B、坡位C、土壤厚度L等立地条件因子，建立模型：

ΔM_i＝a⁰ _i+a¹ _iP¹ _i+a² _iP² _i+a³ _iP³ _i+a⁴ _iP⁴ _i++a⁵ _iG_i+a⁶ _iA_i+a⁷ _iB_i

+a⁸ _iC_i+a⁹ _iL_i

利用ForStat 2.0和SPSS16.0软件对数据进行处理，采用多元线性回归分析法对数据进行拟合，确定生长量与降水量的关系模型参数(a⁰ _i、a¹ _i、…a⁹ _i)，其中a⁰ _i为修正值，a¹ _i…a⁹ _i为各影响因子的系数，并选取被观测森林小班数量中的20％进行精度验证。

Claims (1)

1.一种乔木生长量与降水量关系的测计方法，其特征是：

1、利用RS、UAV、测树超站仪、3D电子角规、雨量计、5-9颗树微样地法等设备和手段对300个左右的独立异质化小班进行定位定标连年观测，观测要素为两大类：①小班林分要素：主要包括树种、株数密度、林龄、胸径、树高等；②小班立地要素：主要包括地理位置、坡度、坡向、坡位、土壤厚度、降水量等。

2、利用连年观测获取的立地条件及林分调查因子等数据建立乔木生长与降水量之间的建关系模型，其过程如下：

(1)林分蓄积量M，以微圆样地5颗树(人工林)～9棵树(天然林)法连年定位定标测定小班林分要素；具体实践步骤为：首先在林分内做初步统计，样地必须满足以下四项基本原则①选择样地要远离林分边缘；②样地中树木要尽可能接近林分标准木平均水平；③边界树一定要是离中心木最近的树；④尽量保证样地内树木大小比、混交度、角尺度和林分情况基本一致；然后选择1株树作为中心树，在中心树周围选取离中心树最近的n-1棵树为观测树，中心树与观测树共计n棵，最远一棵树记为n；在计算的时候，最远的观测树计为0.5棵；利用手持式测树超站仪分别测量并记录每棵树的胸径D_i，同时测量并记录中心木到第n株树的距离R_n；

①林分密度，式中R_n为中心木到最远株第n棵的距离；

②平均胸径，式中D_i为第i棵树的胸径，n为计数木株数；

③平均树高，式中Hi为第i棵树的树高，n为计数木株数；

④林分蓄积量M需要根据推导形数求得，其计算公式如下：

(2)林分年度生长量ΔM为连续两次观测计算的蓄积量之差：

ΔM_i＝M_i+1-M_i(i为年份)

(3)利用翻斗式雨量计对降水量进行测计得到小班区域连续的年度降水量(按季度计量)：P¹ _i、P² _i、P³ _i、P⁴ _i；

(4)对于每一类立地条件下的独立异质化小班重复步骤1、2、3进行测计得到各自对应的林分立地要素与连年生长量和降水量；

(5)结合林龄G、坡度A、坡向B、坡位C、土壤厚度L等立地条件因子，建立模型：

ΔM_i＝a⁰ _i+a¹ _iP¹ _i+a² _iP² _i+a³ _iP³ _i+a⁴ _iP⁴ _i++a⁵ _iG_i+a⁶ _iA_i+a⁷ _iB_i+a⁸ _iC_i+a⁹ _iL_i

利用ForStat 2.0和SPSS16.0软件对数据进行处理，采用多元线性回归分析法对数据进行拟合，确定生长量与降水量的关系模型参数(a⁰ _i、a¹ _i、…a⁹ _i)，其中a⁰ _i为修正值，a¹ _i…a⁹ _i为各影响因子的系数，并选取被观测森林小班数量中的20％进行精度验证。