一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方法
【專利摘要】一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方法，它涉及一種提高測(cè)量葉面積指數(shù)精度的方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有半球攝影法因光學(xué)儀器自身局限性而存在測(cè)量誤差，使檢測(cè)得到的森林生態(tài)系統(tǒng)季節(jié)動(dòng)態(tài)變化的LAI值精確率低的問題。本發(fā)明通過構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷贸霭肭驍z影法測(cè)量值的校正值，所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑閥＝axb，其中y為各林型在葉生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉凋落期的LAI校正值，x為利用半球攝影法測(cè)定得到的LAI值。本發(fā)明的方法對(duì)生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響最低，數(shù)據(jù)精確度顯著提高。
【專利說明】-種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高測(cè)量葉面積指數(shù)精度的方法，具體涉及一種提高半球攝影法 測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方法，屬于森林生態(tài)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 葉面積指數(shù)（leafareaindex,LAI)是一種量化植被冠層結(jié)構(gòu)特性的重要參數(shù)， 準(zhǔn)確地測(cè)定LAI的季節(jié)變化對(duì)了解許多森林生理生態(tài)進(jìn)程（如光合、蒸騰及林冠截留降水 等）的季節(jié)變異至關(guān)重要，此外，也是預(yù)測(cè)林分生長(zhǎng)最重要的指標(biāo)之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展，利用光學(xué)儀器法來監(jiān)測(cè)森林生態(tài)系統(tǒng)LAI的動(dòng)態(tài)變化得到廣泛關(guān)注，主要因?yàn)槠浞奖?快捷，易于獲取數(shù)據(jù)。然而，光學(xué)儀器法因其自身局限性常常存在測(cè)量誤差，因此，如何提高 光學(xué)儀器法估測(cè)LAI季節(jié)變異的精度問題亟待解決。目前，提高光學(xué)儀器法的精度有兩種 方法；1，校正影響光學(xué)儀器法估測(cè)LAI精度的誤差源（木質(zhì)部和集聚效應(yīng)）；2,建立直接法 和間接法（又稱光學(xué)儀器法）間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停偻ㄟ^該模型來校正間接法測(cè)定值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有半球攝影法因光學(xué)儀器自身局限性而存在測(cè)量誤 差，使檢測(cè)得到的森林生態(tài)系統(tǒng)季節(jié)動(dòng)態(tài)變化的LAI值精確率低的問題。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是；一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方 法，通過構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷贸霭肭驍z影法測(cè)量值的校正值，所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑閥=axb，其中y為 各林型在葉生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉調(diào)落期的LAI校正值，X為利用半球攝影法測(cè)定得到的 LAI值；其中，
[0005] 所述針葉林的a值范圍為；0. 9448-1. 1477,b值的范圍為；1. 9955-2. 0693;
[0006] 所述闊葉林的a值范圍為；1. 6988-3. 034,b值的范圍為；0. 6061-1. 1644;
[0007] 所述針闊混交林的a值范圍為；0.3468-1. 6577,b值范圍為；1. 8986-3. 3467。
[0008] 所述針闊混交林中，針葉樹木和闊葉樹木間隔布置。
[0009]所述針葉林和針闊混交林的地理位置為東經(jīng)127°至130°，北締46。至49。，所 述闊葉林的地理位置為東經(jīng)127°至129°，北締44。至45。。
[0010] 所述葉生長(zhǎng)期為針葉林、針闊混交林和闊葉林所在地理位置六月份到八月份時(shí)期 之間，所述葉穩(wěn)定期為針葉林、針闊混交林和闊葉林所在地理位置的八月份時(shí)間，所述葉調(diào) 落期為針葉林、針闊混交林和闊葉林所在地理位置的九月份時(shí)期。
[0011] 所述針葉林在葉生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉調(diào)落期的a值分別為1. 0092、0. 9448和 1. 1477,b值分別為；2. 0693、1. 9955 和 2. 0107;
[0012] 所述闊葉林在葉生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉調(diào)落期的a值分別為；1. 6988、3. 034和 1. 756,b值分別為；1. 1644、0. 6061 和 1. 1409;
[0013] 所述針闊混交林在葉生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉調(diào)落期的a值分別為；1. 6577、0. 3468 和 1. 0153,b值分別為；1. 8986、3. :3467 和 2. 7025。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下效果；本發(fā)明W針葉林，闊葉林和針闊混交林為 研究對(duì)象，分別建立了葉生長(zhǎng)期，葉穩(wěn)定期和葉調(diào)落期內(nèi)直接法和間接法測(cè)定的LAI間的 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。由?和表2的測(cè)量結(jié)果比對(duì)可看出，針葉林內(nèi)，在6月、8月和9月，半球攝影 法測(cè)定LAI的精度分別為43 %、39 %、37 %，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男Ｕ缶染玫矫黠@提高， 分別達(dá)到98%、98%、97%。闊葉林內(nèi)，在6月、8月和9月，半球攝影法測(cè)定LAI的精度分 別為52 %、49%、51 %，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男Ｕ缶染玫矫黠@提高，分別達(dá)到97%、97 %、 93%。在針闊混交林，在6月、8月和9月，半球攝影法測(cè)定LAI的精度分別為34%、35%、 31 %，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男Ｕ缶染玫矫黠@提高，分別達(dá)到97%、94%、97%。結(jié)果表明， 通過直接法和間接法間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停肭驍z影法能準(zhǔn)確地測(cè)定不同森林類型LAI的季節(jié)變 化，精度高于93%，本發(fā)明的方案對(duì)生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響最低，數(shù)據(jù)精確度顯著提高，為快速、 高效地測(cè)定不同森林類型LAI的季節(jié)變化奠定基礎(chǔ)，為后期的科學(xué)研究提供了可靠的數(shù)據(jù) 保證。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】為；一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的 方法，包括：
[0016] 利用半球攝影法測(cè)定有效的LAI值，記為X;
[0017] 構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛓=axb;
[0018] 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算出校正后的LAI值。
[0019] 所述針葉林的a值范圍為；0. 9448-1. 1477,b值的范圍為；1. 9955-2. 0693;
[0020] 所述闊葉林的a值范圍為；1. 6988-3. 034,b值的范圍為；0. 6061-1. 1644 ;
[0021] 所述針闊混交林的a值范圍為；0.3468-1. 6577,b值范圍為；1. 8986-3. 3467。 [002引所述針闊混交林中，針葉樹木和闊葉樹木間隔布置。
[0023] 利用半球攝影法測(cè)定有效的LAI值，包括W下步驟；取自動(dòng)曝光的平均校正系數(shù) 為1. 5 ;采用Winscanopy 2006冠層分析儀采集半球圖像，包括數(shù)碼相機(jī)和180°魚眼鏡 頭，數(shù)碼相機(jī)利用H腳架固定在離地面1. 3m處，圖像采集在陰天或日出和日落前后進(jìn)行， 采集時(shí)相機(jī)保持水平，相機(jī)設(shè)置如下；光圈設(shè)置為巧.3 ;自動(dòng)曝光；像素為2272X 1704 ;圖 像保存為JPEG格式；
[0024] 采用DHP軟件處理所述半球圖像用W測(cè)定X，其步驟為；1.設(shè)置天頂角范圍，天頂 角范圍采用0° -60°之間，分為6環(huán)，每環(huán)覆蓋10° ;2.設(shè)置采集圖像所用相機(jī)的型號(hào)； 3.設(shè)置GAMMA= 2. 2 ;4.根據(jù)圖像直方圖設(shè)置每環(huán)的闊值；5.運(yùn)行程序計(jì)算有效LAI數(shù)值， 既X。
[00巧]所述針葉林和針闊混交林的地理位置為東經(jīng)127°至130°，北締46。至49。，所 述闊葉林的地理位置為東經(jīng)127°至129°，北締44。至45。。
[0026] 所述葉生長(zhǎng)期為個(gè)樹種所在地理位置的六月至八月之間，所述葉穩(wěn)定期為各樹種 所在地理位置的八月份，所述葉調(diào)落期樹種所在地理位置九月份。測(cè)量各林型在葉生長(zhǎng)期、 葉穩(wěn)定期和葉調(diào)落期的真實(shí)LAI值的方法包括W下部分：利用調(diào)落物法測(cè)定各林型葉穩(wěn)定 期，即LAI最大時(shí)期的LAI數(shù)值；對(duì)于落葉闊葉樹種，通過累加落葉季節(jié)的調(diào)落葉產(chǎn)生的 LAI得到LAI最大時(shí)期的真實(shí)LAI;對(duì)于常綠針葉樹種，先測(cè)定一年內(nèi)針葉樹種的調(diào)落葉產(chǎn) 生的LAI,然后乘W針葉的平均存活周期得到針葉樹種的總LAI,綜合落葉和常綠針葉樹種 的LAI可得到整個(gè)林分的總的真實(shí)LAI數(shù)值。
[0027]葉生長(zhǎng)期LAI的測(cè)定：在葉生長(zhǎng)期初和葉穩(wěn)定期，分別監(jiān)測(cè)各林型內(nèi)葉片的生長(zhǎng) 狀況，每個(gè)樹種選擇H株樣樹，每株樣樹選擇一個(gè)樣枝，記錄整個(gè)樣枝上所有葉片的葉長(zhǎng)和 葉寬，計(jì)算每個(gè)樹種在葉生長(zhǎng)期初和葉穩(wěn)定期內(nèi)的平均總?cè)~面積，然后利用葉面積的增長(zhǎng) 速率代替LAI的增長(zhǎng)速率，將該速率結(jié)合各樹種在葉穩(wěn)定期的LAI即可得到每個(gè)樹種在葉 生長(zhǎng)期初的LAI，綜合各樹種，即可得到整個(gè)林分的LAI。
[002引葉調(diào)落期LAI的測(cè)定；利用葉穩(wěn)定期的真實(shí)LAI減去葉穩(wěn)定期和葉調(diào)落期之間的 調(diào)落葉產(chǎn)生的LAI，即可得到每個(gè)樹種在葉調(diào)落期的LAI，綜合各樹種即可得到整個(gè)林分的 真頭LAI。
[0029] 所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南嚓P(guān)系數(shù)為R2,范圍為：針葉林在0. 6曠-0. 之間，闊葉林在 0. 66心-0. 73**之間，針闊混交林在0. 73**-0. 85**之間。
[0030] 表1.不同林型不同季節(jié)直接法和間接法測(cè)定LAI間的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>
【權(quán)利要求】
1. 一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方法，其特征在于：通過構(gòu)建 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷贸霭肭驍z影法測(cè)量值的校正值，所述經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑閥 = axb，其中y為各林型在葉 生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉凋落期的LAI校正值，X為利用半球攝影法測(cè)定得到的LAI值；其中， 所述針葉林的a值范圍為：0. 9448-1. 1477, b值的范圍為：1. 9955-2. 0693 ; 所述闊葉林的a值范圍為：1.6988-3. 034, b值的范圍為：0.6061-1. 1644; 所述針闊混交林的a值范圍為：0. 3468-1. 6577, b值范圍為：1. 8986-3. 3467。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方法，其 特征在于：所述針闊混交林中，針葉樹木和闊葉樹木間隔布置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方法，其 特征在于：本發(fā)明的方法用于針葉林和針闊混交林的地理位置為東經(jīng)127°至130°，北緯 46°至49°，闊葉林的地理位置為東經(jīng)127°至129°，北緯44°至45°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化精度的方法，其 特征在于：所述葉生長(zhǎng)期為針葉林、針闊混交林和闊葉林所在地理位置六月份到八月份時(shí) 期之間，所述葉穩(wěn)定期為針葉林、針闊混交林和闊葉林所在地理位置的八月份時(shí)間，所述葉 凋落期為針葉林、針闊混交林和闊葉林所在地理位置的九月份時(shí)期。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述一種提高半球攝影法測(cè)量葉面積指數(shù)季節(jié)變化 精度的方法，其特征在于：所述針葉林在葉生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉凋落期的a值分別為 1. 0092、0. 9448 和 1. 1477, b 值分別為：2. 0693、1. 9955 和 2. 0107 ; 所述闊葉林在葉生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉凋落期的a值分別為：1. 6988、3. 034和1. 756， b 值分別為：1. 1644、0. 6061 和 1. 1409 ; 所述針闊混交林在葉生長(zhǎng)期、葉穩(wěn)定期和葉凋落期的a值分別為：1. 6577、0. 3468和 1. 0153, b 值分別為：1. 8986、3. 3467 和 2. 7025。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK104359462SQ201410685981
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】劉志理, 金光澤, 王傳寬, 王興昌, 戚玉嬌 申請(qǐng)人:東北林業(yè)大學(xué)