基於地面雷射雷達數據反演森林冠層真實葉面積指數

《基於地面雷射雷達數據反演森林冠層真實葉面積指數》是依託南京大學，由鄭光擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於地面雷射雷達數據反演森林冠層真實葉面積指數
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄭光
• 依託單位：南京大學

項目摘要

森林冠層真實葉面積指數對植被冠層二向性反射特性、林冠內部的太陽輻射分布、森林生態系統碳循環和全球變化等方面的研究具有重要的生態學意義和實用價值。本研究在光學葉面積指數觀測理論的基礎上，採取室內實驗和野外觀測相結合的方式，以馬尾松針葉林和櫟林闊葉林為研究對象，結合點雲切片算法和點雲法向量重建算法，利用地面雷射雷達掃描系統生成三維點雲數據，獲取單株立木或森林樣方林冠結構的關鍵參數，進而估算整個林冠及其不同高度的真實葉面積指數。基於三維點雲數據估算真實葉面積指數的方法可提高傳統光學儀器二維觀測的精度，可為航空、星載雷射雷達和衛星遙感數據估算真實葉面積指數提供理論基礎和驗證手段，也可為基於過程的森林生態系統的碳、水循環模型提供可靠的輸入參數。

結題摘要

在森林生態學的研究中，森林結構、森林的輻射環境和森林的生理過程是三個相對獨立部分，但相互之間影響和不可分割的有機整體。三維點雲的優勢在於其內含的真實的森林結構，為定量研究三者之間的關係和系統的研究和分析森林生態過程提供了強有力的數據基礎和手段。植被林冠元素在三維空間的非隨機分布使得從三維角度獲取真實葉面積指數成為挑戰。從三維角度來消除森林葉片（特別是針葉）聚集所導致的葉面積指數低估的效應，對提高植被冠層輻射的三維空間分布模擬有著重要的意義。本項目發展了基於三維雷射雷達點雲數據的葉面積指數反演模型，定量分析林冠元素在三維空間的分布特徵和規律。首先，發展了“三維點雲切片算法”，實現了對三維點雲在空間分布和“孔隙率”的定量描述；並在此基礎上，發展了利用計算幾何重建單點在特定領域內的法向量的方法，對林冠元素的方向分布和消光係數實現了定量刻畫。其次， 準確實現了光合和非光合的森冠元素的分離，進而估算了單木和樣方尺度的木質部分對估算真實葉面積指數的貢獻；最後，利用點雲切片算法得到的孔隙大小分布和聚集度指數的定量反演，並進行了真實葉面積指數的估算。項目合計發表高水平SCI文章2篇，中文一級學報一篇，碩士畢業生1名，獲得發明專利1項，在申請3項，登記軟體著作權1項。