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1. 研究目的与意义
生物量是生态系统的一个重要结构参数,用来反映植物冠层结构变化、植物群落生命活力及环境效应,为植物冠层表面物质和能量交换的描述提供结构化的定量信息,并在生态系统碳积累、植被生产力和土壤、植物、大气间相互作用的能量平衡,植被遥感等方面起重要作用。
而激光雷达(light detection and ranging,lidar)是近年来发展十分迅速的主动遥感技术,它具有与被动光学遥感不同的成像机理,在植被垂直结构信息获取方面具有其他遥感技术无可比拟的优势,目前lidar 已经在森林结构参数的测量和反演上取得了成功的应用。
早期利用lidar 计算植被的方法主要建立在经验关系的基础上,例如riano利用离散回波激光雷达通过分割点云,提取各种统计参数,如激光点云在冠层垂直方向上的百分位数、平均高度、最大高度以及冠层反射激光点占总激光点的百分比等,再分别建立这些统计参数与生物量的回归模型,指出最优的生物量估算参数为冠层反射激光点占总激光点的百分比;再如利用全波形激光雷达的波形半能量高度、波形植被部分的面积等参数结合树高建立与生物量的回归关系进行反演。
2. 国内外研究现状分析
生物量作为进行植物群体和群落生长分析的一个参数自提出以来,已成为一个重要的植物学参数和评价指标,并在农业、果树业、林业以及生物学、生态学等领域得到广泛应用。
经过50多年的系统研究,生物量已成为在植物光合作用、蒸腾作用、联系光合和蒸腾的关系、水分利用以及构成生产力基础等方面进行群体和群落生长分析时必不可少的一个重要参数;同时在林分、景观以及地区尺度上对碳、能量、水分通量等研究方面有重要用途,在林冠水平上以及景观尺度上模拟水分蒸发蒸腾损失总量的一个重要指标,以及被成功地用来估测林分尺度以及景观水平上的森林生产力。
我国对林木、森林的叶面积和生物量以及生长相关研究始于20世纪80年代,在水平分布、垂直分布、景观尺度以及栽培等方面进行了研究,部分成果已用来指导生产实践。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容
本研究以江苏沿海人工林中的水杉林为研究对象,借助机载全波激光雷达(fwf,full-waveform lidar)数据及地面实测的7个样地(单木定位 )数据,首先在冠层上数字表面模型(dsm)上提取单木树顶及冠幅,然后在模拟的投影范围上提取单木树顶及冠幅,然后在模拟的投影范围内提取波形特征变量, 最后通过这些反演地上生物。同时,本研究还借助地面单木定位信息验证了单木提取的精度,通过地面估算的生物量验证了lidar 估算单木生物量的精度。
研究计划
4. 研究创新点
1. 激光雷达(LiDAR,Light Detection and Ranging)是近年来发展迅速的主动遥感技术,用户可以自主设计数据获取时间和范围,并获取离散点云和波形信息,从而精确估算森林的生物物理特性和冠层三维结构信息。
2. 通过运用激光雷达技术,相比较于传统方法,可以减少地面数据的采集,一方面可减少外业的工作量,另一方面为森林健康监测及生态研究提供基础数据。
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