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森林冠层影响降雪截留过程的研究进展

水科学进展 2017年第3期28卷 462-471页

作者：肖洋张淑兰宋国华黑龙江大学黑龙江哈尔滨150080 佳木斯大学黑龙江佳木斯154007 黑龙江丰林国家级自然保护区管理局黑龙江伊春153033

森林冠层对降雪的截留和冠层截留雪的蒸发/升华、散落释放、融化滴落等过程显著影响了北方森林区域的水文循环,开展森林冠层对降雪截留过程影响的研究对于季节性积雪森林区域的气候变化、森林经营、森林火灾以及植被演替具有重要的科学... 详细信息

森林冠层对降雪的截留和冠层截留雪的蒸发/升华、散落释放、融化滴落等过程显著影响了北方森林区域的水文循环,开展森林冠层对降雪截留过程影响的研究对于季节性积雪森林区域的气候变化、森林经营、森林火灾以及植被演替具有重要的科学意义。对当前的森林冠层影响降雪截留过程的观测方法和理论机制进行了深入探讨和总结,并针对现有研究中缺乏林分尺度和水平过程的研究等问题,提出了引入遥感技术等先进的研究方法以及开展多尺度、多过程和多因素的交叉研究是今后研究中的重点方向。

关键词：森林冠层降雪截留蒸发/升华水文过程

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森林冠层多角度高光谱观测系统的实现与分析

南京林业大学学报（自然科学版） 2016年第3期40卷 101-107页

作者：张乾居为民杨风亭曹林冯永康南京大学国际地球系统科学研究所江苏南京210023 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 南京林业大学林学院江苏南京210037

为了进一步理解遥感观测中地表目标物二向性反射特性产生的影响,增强定量反演植被结构和生理参数的能力,以江西千烟洲通量站为基地建立了多角度高光谱观测系统。此系统主要由UniSpec-DC双通道光谱仪、Pan-TiltUnit可水平垂直旋转的云台... 详细信息

为了进一步理解遥感观测中地表目标物二向性反射特性产生的影响,增强定量反演植被结构和生理参数的能力,以江西千烟洲通量站为基地建立了多角度高光谱观测系统。此系统主要由UniSpec-DC双通道光谱仪、Pan-TiltUnit可水平垂直旋转的云台、电脑、电力供应系统、软件控制系统,以及数据转换器等配件组成。获得的光谱数据经白板校正、暗电流校正、超量程数据插补、异常数据删除、缺失角度插补等预处理后可用于冠层反射率和植被指数的计算与定量分析。多角度高光谱观测系统观测的辐照度与通量观测的光合有效辐射(PAR)具有较好的一致性(R^2=0.9614,P森林生态系统的重要手段,也是进一步理解航空航天遥感与样地观测尺度问题的有效方法。

关键词：多角度高光谱观测系统定量遥感通量研究森林冠层

基于差分进化鲸鱼优化算法的森林冠层图像分割

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西北林学院学报 2022年第1期37卷 67-73,136页

作者：邬博文朱良宽王璟瑀东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040

针对森林冠层图像结构复杂,受光照不均匀,导致分割精度较差等问题,提出一种基于差分进化鲸鱼优化算法的冠层图像分割方法。首先选取多阈值Kapur熵作为适应度函数,应用鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)对阈值的搜索过程... 详细信息

针对森林冠层图像结构复杂,受光照不均匀,导致分割精度较差等问题,提出一种基于差分进化鲸鱼优化算法的冠层图像分割方法。首先选取多阈值Kapur熵作为适应度函数,应用鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)对阈值的搜索过程进行优化,代替传统遍历搜索机制,加强阈值搜索能力与效率。其次引入差分进化算法(differential evolution algorithm,DEA)进行混合,采用以种群平均适应度为评价指标的混合策略平衡2种算法,增强算法的局部搜索能力,实现更好地平衡探索与开发。最后通过对森林冠层图像进行阈值分割研究,在适应度值、PSNR、SSIM与计算时间上进行对比分析。结果表明,本算法可以获得更精确的分割阈值和更高的分割精度。

关键词：鲸鱼优化算法差分进化算法 Kapur熵图像分割森林冠层

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基于天气研究与预报模式的林区风能评估

新能源进展 2023年第6期11卷 534-542页

作者：曹绍祥陈兆星刘显根曹钧亮东北林业大学土木与交通学院哈尔滨150040 保利长大工程有限公司广州510620 东北林业大学人工环境控制与能源应用研究所哈尔滨150040

林业生态区风场因林木植被生长周期存在季节性变化特性,使得林区风能评估相较于平原沿海地区具有一定复杂性。采用天气研究与预报(WRF)模式,结合本地化森林冠层特征参数,对复杂地形林业生态区的风场进行数值模拟,并利用激光雷达实测数据... 详细信息

林业生态区风场因林木植被生长周期存在季节性变化特性,使得林区风能评估相较于平原沿海地区具有一定复杂性。采用天气研究与预报(WRF)模式,结合本地化森林冠层特征参数,对复杂地形林业生态区的风场进行数值模拟,并利用激光雷达实测数据对WRF模拟结果进行对比验证,建立复杂地形林区风场模拟方法,进而对复杂地形林区的风能资源进行评估。结果表明:采用WRF模式的林区风场模拟应充分考虑森林的季节性变化,采用本地化的森林冠层特征参数是提高林区风场模拟精度的有效手段。此外,受地形地貌影响,林区风场表现出明显的地形微气候特征,该特征随着离地高度的升高而减弱,当高度达到150m后开始具有稳定且可利用的风能资源。

关键词：风能林区森林冠层天气研究与预报模式

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森林冠层探测激光雷达的波形特征分析

中国科学：地球科学 2011年第8期41卷 1670-1678页

作者：刘清旺李增元陈尔学庞勇李世明田昕中国林业科学研究院资源信息研究所林业遥感与信息技术重点开放性实验室北京100091

机载激光雷达通过发射激光脉冲和接收返回波形的方式来探测森林冠层的三维结构,返回波形中包含了森林冠层不同高度处枝叶的后向散射特征.本研究在分析激光脉冲与森林冠层之间的相互作用关系时发现返回波形存在时长展宽现象,为此建立了... 详细信息

机载激光雷达通过发射激光脉冲和接收返回波形的方式来探测森林冠层的三维结构,返回波形中包含了森林冠层不同高度处枝叶的后向散射特征.本研究在分析激光脉冲与森林冠层之间的相互作用关系时发现返回波形存在时长展宽现象,为此建立了立体散射体模型,并得到时长展宽量与散射体深度之间的对应关系.根据返回波形的不同特征将散射体划分为简单散射体、立体散射体和复杂散射体三种类型,提出单峰导数法和多峰导数法两种波形分析方法,用于提取相关的波形特征量,并判别散射体的类型.本研究得到了一些初步结果,通过模拟立体散射体的返回波形发现,随着散射体深度的增加,返回波形逐渐被展宽;随着子散射体之间距离的增加,返回波形开始出现两个波峰并成为两个完全独立的子波形.通过对模拟波形和实测波形的波形特征量进行比较发现,模拟波形与实测波形的时长略有差别.总之,激光雷达波形数据很好地描述了森林冠层的后向散射特征,在提高森林参数估测精度方面具有应用潜力.

关键词：遥感森林冠层激光雷达波形特征立体散射体

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安徽省淮南森林冠层辐射传输过程的特征

大气科学 2021年第1期45卷 205-216页

作者：戴秋丹郭振海孙菽芬肖霞中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG) 北京100029 中国科学院大气物理研究所公共技术服务中心北京100029

本文利用淮南森林观测站2018年7月1日至2019年6月30日冠层辐射观测,分析了淮南栎树森林下垫面冠层内外辐射变化特征。结果表明:(1)从春季到夏季,栎树冠层之上向下的太阳短波辐射增加,到冬季逐渐减少。从早春开始,由于叶片生长增多,冠层... 详细信息

本文利用淮南森林观测站2018年7月1日至2019年6月30日冠层辐射观测,分析了淮南栎树森林下垫面冠层内外辐射变化特征。结果表明:(1)从春季到夏季,栎树冠层之上向下的太阳短波辐射增加,到冬季逐渐减少。从早春开始,由于叶片生长增多,冠层中间和冠层之下向下的太阳短波辐射下降,从秋季到冬季树叶凋落,其向下的太阳辐射增加,与冠层之上的变化趋势相反;对于向上的短波辐射,无论冠层之上、冠层中间还是冠层之下,随季节的变化都与向下的短波辐射相似,只是数值小很多。(2)冠层之上、冠层中间和冠层之下向下的长波辐射,随时间的变化从春季逐渐开始增大至夏季达到最大,随后逐渐减小并在冬季达到最小;就空间变化而言,冠层中间和冠层之下向下的长波辐射值比冠层之上的辐射值高,使得冠层对长波辐射的振幅增大,晴空条件最高可达1.3倍。(3)淮南森林区冠层之上(距地面25 m)年平均反照率为0.14,比中国北方地区(35°N)温带季风气候区(混交林为主)反照率的整体水平低0.01,表明淮南的森林茂密、灌丛更多些。(4)冠层上部分和整层的短波辐射透射率主要受叶片的影响。夏季,冠层的短波透射率平均为0.1。到了冬天,叶子凋落,透射率增加并趋于一个平稳的波动。冠层的短波辐射吸收率在夏季最高,秋季逐渐降低,随着叶子凋落在冬季迅速减小,趋于一常值。

关键词：太阳辐射短波辐射森林冠层辐射传输反照率

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森林健康评价及其多尺度转换方法

南京林业大学学报（自然科学版） 2021年第3期45卷 206-216页

作者：董灵波刘兆刚东北林业大学林学院森林生态系统可持续经营教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040

【目的】森林生态系统具有明显的层级结构,如何将样本点或样本区健康评价结果推广到区域尺度上是一个亟待解决的关键问题。为此,本研究尝试采用统计学方法实现森林健康评价结果在单木、林分和区域尺度间的转换,为森林健康经营提供理论... 详细信息

【目的】森林生态系统具有明显的层级结构,如何将样本点或样本区健康评价结果推广到区域尺度上是一个亟待解决的关键问题。为此,本研究尝试采用统计学方法实现森林健康评价结果在单木、林分和区域尺度间的转换,为森林健康经营提供理论依据和技术支撑。【方法】以大兴安岭地区盘古林场51块样地和森林资源二类调查数据为基础,采用熵值-AHP法构造单木尺度健康评价模型,并汇总得到林分尺度健康评价结果,即平均值(Hm)、标准差(Hsd)、变异系数(Hcv)、偏度(Hpd)和峰度(Hfd),进而采用度量误差模型建立林分尺度健康综合评价模型。最后,借助所建模型和森林资源二类调查数据以及DEM数据进行区域尺度森林健康得分空间分布制图,并分析其空间分布规律。【结果】所建林分尺度健康综合评价模型的预估精度相对较高,Hm、Hsd、Hcv、Hpd和Hfd预测模型的确定系数R2分别达到0.4643、0.3056、0.9096、0.2981和0.4485,能够基本满足森林健康评价的需求;单木、林分和区域尺度评价结果均表明该地区森林整体处于亚健康水平,其中林分因子(树高、优势高、树种数量、株树密度、断面积和单位蓄积)与地形因子(海拔、坡度、坡位)共同影响林分健康得分及其分布情况;盘古林场森林健康得分平均值(Hm)为0.6234,整体处于亚健康水平;各评价指标均具有明显的空间分布趋势,其中Hm、Hcv、Hpd和Hfd较大的区域主要集中在林场北部且靠近居民点和交通便利的地区,而在南部偏远地区则普遍较低,但Hsd的空间分布格局则完全相反,表明适当的森林经营有助于提升森林的健康水平。【结论】统计学方法能够实现森林健康评价结果从单木、林分到区域尺度的有效转换。

关键词：森林健康评价尺度转换森林冠层度量误差模型空间分布

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森林冠层水文研究进展

西北林学院学报 2014年第3期29卷 96-104页

作者：鲜靖苹张家洋胡海波新乡学院生命科学与技术系河南新乡453003 南京林业大学森林资源与环境学院江苏南京210037

林冠截留降水是森林植被对降雨到达地面的阻截,也是对大气降雨的再分配,是水文循环过程中的重要环节。本文分析当前森林冠层水文过程研究,即林冠截留、透流和茎流及影响因素(降水量、降水强度、林冠结构特征、林分密度、林冠干燥度);林... 详细信息

林冠截留降水是森林植被对降雨到达地面的阻截,也是对大气降雨的再分配,是水文循环过程中的重要环节。本文分析当前森林冠层水文过程研究,即林冠截留、透流和茎流及影响因素(降水量、降水强度、林冠结构特征、林分密度、林冠干燥度);林冠截留模型的国内外研究现状(经验、半经验、半理论和理论模型)的分析。

关键词：森林冠层水文截留透流茎流

基于WRF模式的林区中尺度风场数值模拟方法研究

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基于WRF模式的林区中尺度风场数值模拟方法研究

作者：刘显根东北林业大学

学位级别：硕士

由于复杂地形和森林冠层等因素的影响,林区近地大气边界层风特性具有高度复杂性。准确地掌握林区风场特性对于精细化研究林区风敏感结构（如输电塔和悬空索道缆车等）风致作用,保障林区基础设施安全具有重要意义,对于开展林区风能开发... 详细信息

由于复杂地形和森林冠层等因素的影响,林区近地大气边界层风特性具有高度复杂性。准确地掌握林区风场特性对于精细化研究林区风敏感结构（如输电塔和悬空索道缆车等）风致作用,保障林区基础设施安全具有重要意义,对于开展林区风能开发与林区防风减灾也至关重要。本文基于中尺度气象模式WRF（Weather Research and Forecasting）,通过参数化方案比选、森林冠层特征参数修正和地表类型更新,结合激光雷达实测数据进行对比验证,对帽儿山林区近地面风场特性进行数值模拟研究,并在模拟结果的基础上对帽儿山林区风能进行评估,具体如下:（1）采用多种参数化方案对林区风场进行模拟,分析参数化方案对林区风场模拟结果的影响。首先分析了3种常用的陆面方案的模拟结果,并用现场实测数据进行验证,然后在陆面方案研究结果的基础上对比分析了不同行星边界层方案对风场模拟的影响,最后确定了适用于复杂地形林业生态区风场模拟的参数化方案组合。研究结果表明:YSU边界层方案和Noah-MP陆面方案组合能够更好地模拟林区风场。（2）基于本地实测数据修正了森林叶面积指数和地面粗糙长度两个森林冠层特征参数,并采用现场实测数据与模拟结果进行对比验证,研究林木季节性生长对林区风场模拟的影响。研究结果表明:本地化森林冠层特征参数能够有效提高模拟精度,地面粗糙长度对风场模拟结果的影响更为显著。（3）采用MODIS2001数据和CGLS-LC30s数据研究了不同年代地表类型可靠性对林区风场模拟结果的影响。通过对比分析发现了两种地表数据之间的部分地表类型比例存在明显不同,对比了两种地表数据下的风场模拟结果与现场实测数据的差异,并分析了产生差值的原因。研究结果表明:通过提高地表类型可靠性能够有效地改善林区风场模拟精度。（4）通过对帽儿山林区全年风场的数值模拟,分析了林区风场时空特性,并探讨了地形地貌对风场与风能分布的影响。研究结果表明:帽儿山林区风场呈现明显的昼夜分布特性,并受季节、高度和地形等因素的明显影响;风能分布与地形地貌相关,研究区域内的平原风能较之于山区更为丰富,在150m高度及以上表现出稳定可开发的风能资源。

关键词：林区森林冠层风环境风能 WRF