《森林冠層葉面積指數垂直分布地面間接測量及驗證》是依託福州大學，由鄒傑擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：森林冠層葉面積指數垂直分布地面間接測量及驗證
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄒傑
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
森林冠層LAI垂直分布控制著森林冠層微環境及光合作用等生理生態過程，它在林學、生態學、植物學等領域均有著廣泛的套用。本項目以商業化全波形地面雷射雷達（Riegl VZ400）為基礎，研製多光譜全波形地面雷射雷達，開發可顧及樹木冠層結構特徵及LAI、PAI垂直分布的單樹及虛擬森林環境構建方法，地照同時以此為基礎形成具有不同林分特徵、樹木分布模式及地形條件的典型虛擬森林環境庫挨墓乃，將其作為統一的森林冠層LAI垂直分布間接測量方法模擬驗證平台。在虛擬森林環境下聯合光線跟蹤算法、陵多凳投影算法、並行計算等手段實現LAI-2000、DHP、臭悼阿MCI、斜點樣方法、MacArthur-Horn方法及多光譜全波形地面雷射雷達六種間接測量方法及相關算法模擬，並以虛擬森林環境真實參考值開展驗證分析，研究消除非光合作用組分影響、聚集效應、地形效應及觀測方案誤差來源的方法，最後提出高精度的森林冠層LAI垂直分布間接測量方案。
結題摘要
森林冠層 LAI控制著森林冠層微環境及光合作用等生理生態過程，它在遙感、林學、生態學、植潤奔騙物學等領域均有著廣泛的套用。傳統方法開展森林冠層LAI垂直分布測量具有投入大、效率低、難以實施等缺點及不足，而地面雷射雷達具有記錄植被冠層三維結構信息的特點，且其測量不易受天氣條件影響，因此具有精確測量森林冠層LAI垂直分布的潛力。本項目引入高逼真度虛擬森林場景作為森林冠層LAI垂直分布測量及驗證的平台。項目組提出了基於地面雷射雷達的顧及冠層葉面積指數垂直分布特徵的單株樹木三維幾何模型構建方法，考慮到單株樹木三維幾何模型建模精度及可靠性難以採取實測方法評估的現狀，本項目引入高逼真度單株樹木三維幾何模型，並基於蒙特卡洛光線跟蹤算法實現地面雷射雷達測量方法模擬。基於模擬和實測（雞蛋花樹、芒果樹和楓樹）的典型單株樹木地面雷射雷達數據欠促射符，選擇樹高、胸徑、枝條半徑變化函式以及PAD作為精度評價指標評價本課題提出的單株樹木三維幾何模型精度及可靠性，研究發現本文提出的方法其單株樹木三維幾何建模精度高。 基於高逼真度單株樹木三維幾何模型庫構建了44個具有不同林分密度、樹木分布模式、LAI及PAI垂直分布特徵的虛擬森林場景庫，並重點分析了四種基於地面雷射雷達的森林冠層PAD測量方法（VCP、LAI-2000、MacArthur Horn和Calders）及斜點樣方法PAD測量精度。研究結果表明，VCP方法森林冠層PAD測量精度受體元大小、葉傾角分布、掃描角解析度以及冠層高度區間影響顯著。對於VCP測量方法，以57.3°為中心天頂角進行掃描，可將葉傾角分布對測量結果精度影響降到最低，同時VCP方法測量精度隨著冠層高度區間的增加而降低。間隙率方法測量結果受體元大小、冠層高度區間和掃描角解析度的影響不顯著，MacArthur Horn、LAI-2000、Calders三種間隙率方甩廈影葛法測量結果與真實值相比，分別低估了79.24%、62.32%和45.84%。與斜點樣方法和半球成像方法相比，地面雷射雷達測量結果比斜點樣方法、半球成像方法穩定，其PAD平均測量誤差為27.73%。
