基于多光谱冠层成像仪的单株植物冠层体积及总面积指数测量误差分析

基于多光谱冠层成像仪(MCI)测量方法,开展龙眼树冠层体积及总面积指数测量研究,以地面实测数据为基础,重点分析MCI外方位元素(测站三维坐标及三个姿态角)测量、测站距离及测量方案(测站距离、体元及影像分区大小参数组合)三大误差来源及其对测量精度影响.研究发现,测站外方位元素解算精度受控制点成像质量、分布方式、控制点数目等因素影响显著;当体元、影像分区大小固定时,冠层体积及PAI参数测量结果受测站距离、测量方案影响整体较小,且偏差范围均小于8%,但少量方案存在测量结果不稳定性现象,其体积及PAI测量偏差可高达15%.     

联合摄影及斜点样方法的单株植物冠层结构参数测量(Ⅱ):结构参数测量

总结了单株冠层叶面积指数(LAI)测量方法发展历史、现状及存在的问题,提出了联合摄影及斜点样方法的单株植物冠层总面积指数(PAI)测量方法.研究发现,选择合理的单位体元大小及分区大小组合方案对单株冠层几何参数及PAI测量十分关键.任意组合单位体元大小及分区大小可引起几何参数及PAI测量异常,当单位体元大小与分区大小之间相互匹配时,冠层几何参数及PAI测量结果稳定性良好.与立体体元大小相比,分区大小对冠层几何参数及PAI测量结果影响更为显著.     

基于虚拟植物冠层的直射光合有效辐射三维分布模拟研究

利用野外调查数据和已有文献资料形成典型杉木生长发育文法规则,以LSTree单树建模软件平台为基础构建单株杉木和虚拟森林场景,采用八叉树数据结构和光线跟踪算法模拟冠层任意三维位置太阳直射PAR三维分布.研究发现:光面求交次数及计算时间受植物模型及虚拟森林场景组织方式影响显著;光线投射平面其投放密度不仅影响着模拟效率,其还...     

枇杷冠层内光分布模拟及光截获分析

为定量分析植物冠层结构对光截获的影响,以枇杷树为研究对象,模拟冠层内光的空间分布以及随时间变化情况. 实地测量获取树木形态结构参数,建立精细的三维虚拟植物模型,运用辐射度算法模拟光在冠层内的传输过程,分析冠层内光分布并以可视化的形式表达. 采用光截获效率分析指标STAR和相对光合有效辐射RPAR,探索冠层内光截获效率空间分布和日变化情况. 结果表明,枇杷冠层内光主要分布在向阳面的外围及中上层区域,背阴面的内膛及中下层区域光截获效率较低.     

小麦超高产基因型冠层结构有关问题的研究

本文以24个小麦基因型为试验材料，对超高产基因型的冠层结构特性进行了研究．结果表明，与非超高产基因型相比，超高产基因型：1．冠层平均高度显著降低，平均穗长、最大叶面积指数、上部三叶叶面积指数、单位面积有效茎数、单茎干物质重和单位面积干物质重显著增加；2．叶面积指数发展协调而稳定、透光率适宜、旗叶叶绿素含量高、SOD酶的活性强、MDA含量低，上三叶光合速率显著提高；3．单位冠层空间生产能力显著提高，平均单位空间生物产量和籽粒产量分别提高13．6％和25．1％．相关分析结果表明，粒重／叶(mg／cm^2)比值和灌浆期叶面积指数与产量关系最为密切．     

基于高光谱指数的林农复合系统小麦冠层氮含量估算研究

以杨树-小麦间作系统为研究对象,采用Field Spec Pro FR2500地物光谱仪采集的小麦叶层光谱180份,选取基于单作麦田冠层氮含量估测模型中精度较高的9个指数用于估测林农复合系统中小麦冠层氮的含量,探讨不同水平枯落物覆盖量、林分密度、施肥量条件下小麦叶层氮含量的光谱特征。随机选取116份样本作为训练集基以9个指数分别建立估测模型,其余48份样本作为预测集对估测模型进行适应性检验。结果表明:FDNDNI、SDr-SDb两种指数的P-R2与C-R2达到了0.839、0.777与0.844、0.758,此系统预测杨麦间作系统中小麦叶片冠层的氮含量的精度较高,其余7个指数预测精度不理想。以9个指数所建立的估测模型的精度均低于其对单作麦田氮含量的估测精度。     

城市冠层植被大气环境特性大涡模拟

 植被通过生物物理过程影响着周围微气候环境,对于城市植被环境流动的研究需要建立合理的植被模型。本研究发展了一套适于模拟植被边界层流动的大涡模拟数值方法,并通过水平均匀模型植被算例对其进行了验证。在此基础上,对空气流过三维非均匀分布钝体元阵列模型植被进行了大涡模拟,并将不同植被数值模型的计算结果与相应的风洞实验数据进行了比较。结果表明,树干部分采用刚性圆柱模拟、树冠用阻力模型的“阻力冠”方法相比于传统的“阻力元”方法能更好反映植被流动的影响。     

基于地面激光雷达点云的树木冠层变化定量分析

采用切片形式的Alpha Shape 3D法估算树木冠层体积,从不同相对位置分析体素空间分布状态的变化.基于网格模型提取变化点云,研究冠层组分的空间变化,以受台风玛利亚破坏树木冠层为例,应用所提出的方法进行定量分析.通过多角度分析可知,该台风对目标树木总体破坏较小,树木冠层垂直方向的中下部受损较大,枝叶受损多集中于距离冠层中心水平方向2.0～2.5 m区间.分析结果表明,该定量分析方法可以反映树木冠层分布及体积变化情况.     

城市冠层模式对城市气温模拟的改进

建立了一个城市冠层模式,并将该模式耦合在精细城市边界层预报模式中.城市冠层模式对城市地区地面气温夏季和冬季的模拟情况均优于传统平板模式的模拟结果,尤其是夜间地面气温的量值及变化趋势.城市冠层模式详细的考虑城市冠层建筑物三维结构对长短波辐射的作用以及热量存储能力.建筑物密集地区冠层地表反照率要低于建筑物相对稀疏地区,以北京地区的模拟为例,古观象台地表反照率夏季为0.167,冬季为0.163,南郊观象台夏季反照率为0.170,冬季为0.167.城市冠层模式能够较为准确的模拟城市地区地表能量平衡关系,白天净辐射通量要大于平板模式模拟结果,大多数能量存储在冠层三维结构中,感热通量较低;夜晚冠层释放存储的热量加热冠层表面,冠层通过向上的感热通量传输加热上部大气,夜间感热通量表现为正值.     

新冠肺炎疫情下社会消费品零售总额的实证研究

基于SARIMA模型和LSTM模型,提出以残差平方和最小为准则的SARIMA-LSTM组合模型,以2005-2020年福建省各月度社会消费品零售总额为研究对象,利用该组合模型预测2019年下半年月度数据,结果显示预测精度明显优于单一预测模型,达到98.53%.福建省社会消费品零售总额第一季度比未受新冠肺炎疫情影响下的预测数据少19.61%,第二季度少6.42%.     

欧美杨107不同冠层光合特性的研究

以欧美杨107（Populus×euramericana cv.Neva）为研究对象,观测了不同冠层的光响应曲线及光合特性的日变化,并分析了影响不同冠层净光合速率的主要生理生态因子。结果表明：光响应新模型Pn=α(1-βI)(I-Icp)1+rI对欧美杨107不同冠层光响应曲线拟合效果较好;由光响应曲线得出冠层Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ（造林后第1、2、3年所生的轮生枝）的最大净光合速率依次增大,分别为10076、10152、12318 μmol/(m2·s),且净光合速率的日均值亦表现为冠层Ⅰ较小、冠层Ⅱ次之、冠层Ⅲ较大,表明冠层的光合能力由强到弱依次为冠层Ⅲ、冠层Ⅱ、冠层Ⅰ。通径分析表明,对冠层Ⅰ、Ⅱ而言,胞间CO2浓度、空气温度是影响净光合速率的主要因子;对冠层Ⅲ而言,气孔导度、胞间CO2浓度、光合有效辐射、空气温度是影响净光合速率的主要因子。     

结合冠层密度的森林净初级生产力遥感估测

【目的】 森林冠层密度与林分年龄、植被生长状况有关,在区域森林净初级生产力遥感估测中,结合森林冠层密度以期提高估测精度。【方法】 以广东省韶关市为研究对象,选用2017年Landsat-8 OLI影像、2017年357块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,分别采用随机森林、多元线性回归、人工神经网络和K最近邻分类法等4种模型,结合森林冠层密度制图器(FCD)进行区域森林净初级生产力特征变量的选取、参数建模、模型精度评价和森林净初级生产力空间制图。【结果】 特征变量中,红光波段(B4)、归一化植被指数(NDVI)、比值植被指数(RVI)、叶面积指数(LAI)、缨帽变换土壤植被因子、纹理特征和地形特征在森林净初级生产力反演中有重要作用。将森林冠层密度因子加入反演模型后,4种遥感估测模型精度均有大幅度提高。对4种遥感估测模型进行性能比较,随机森林模型精度最高,其次是多元线性回归模型、人工神经网络模型,K-最近邻分类模型精度最低。研究区内森林净初级生产力平均值为10.689 t/(hm²·a),高森林净初级生产力 [≥18 t/(hm²·a)]林分面积仅占研究区的19.61%,主要分布在海拔较高的西北部。【结论】 结合冠层密度进行森林净初级生产力的建模,可有效提高模型估测精度。     

基于真实三维结构的玉米冠层生化参数垂直分布的定量化分析

为了定量研究作物生化参数在冠层中的垂直分布情况,本文以2000年栾城实验测量的玉米冠层自上而下不同叶位叶片的光谱数据为基础,利用PROSPECT模型进行反演,获得每层叶片的叶绿素(a b)含量、等效水厚度、干物质含量等叶片的生化参数.通过比较发现:玉米冠层叶绿素等含量生化参数具有明显的随高度垂直分层现象,最明显的就是叶片的叶绿素含量,最大和最小叶绿素含量的相对差值甚至可以达到最大值的79.1%.在此基础上,根据实测玉米冠层结构,利用扩展L系统生成玉米真实三维结构冠层场景.通过统计计算每层叶片的生化参数,进而得到冠层生化参数的垂直分布.这为进一步基于冠层光谱的参数反演和定量分析以及农业应用等研究奠定了理论基础.     

日光温室甜瓜冠层生态因子及光合作用日变化研究

以伊丽莎白、银岭为试材,探讨了兰州地区春季日光温室条件下立体栽培甜瓜冠层的光合速率及环境因子日变化规律.结果表明:春季日光温室甜瓜冠层光合有效辐射明显低于相同生育期的露地正茬甜瓜冠层,湿度高于露地甜瓜.除上午通风前外,冠层CO2高于露地环境.温室甜瓜冠层净光合速率和蒸腾速率日变化均呈单峰曲线型,没有明显的午休现象.但2个品种单叶光合作用日变化态势不同:伊丽莎白各叶层均表现为单峰型,而银岭部分叶片表现出光合午休现象.温室甜瓜光合生产效率的继续提高主要依赖于冠层光照条件的改善,可通过株行局配置和整枝技术的改良来实现.     

不同叶面积指数反演方法比较研究

以PROSAIL模型模拟数据和地面实测数据为基础,分别分析了土壤背景、冠层反射率非各向同性以及随机噪声等因素对几类代表性反演方法的影响(植被指数法、二阶微分法、模型反演法以及方向性二阶微分法)。结果表明在不同条件下,各类反演方法的反演精度差别较大。植被指数NDVI对几种因素的滤除能力都较差,反演精度最低;模型反演精度高于植被指数方法,但会受到土壤背景的影响;二阶微分方法虽然能部分消除土壤背景的影响,但受冠层反射率非各向同性的限制。文中提出的方向性二阶微分法能较好地消除土壤背景和冠层反射率非各向同性的影响,反演精度较前者有所提高,但二阶微分方法易受噪声影响。     

不同叶面积指数反演方法比较研究

以PROSAIL模型模拟数据和地面实测数据为基础,分别分析了土壤背景、冠层反射率非各向同性以及随机噪声等因素对几类代表性反演方法的影响（植被指数法、二阶微分法、模型反演法以及方向性二阶微分法）。结果表明在不同条件下,各类反演方法的反演精度差别较大。植被指数NDVI对几种因素的滤除能力都较差,反演精度最低;模型反演精度高于植被指数方法,但会受到土壤背景的影响;二阶微分方法虽然能部分消除土壤背景的影响,但受冠层反射率非各向同性的限制。文中提出的方向性二阶微分法能较好地消除土壤背景和冠层反射率非各向同性的影响,反演精度较前者有所提高,但二阶微分方法易受噪声影响。     

冬小麦多时期冠层含水量遗传优化遥感反演

开展作物冠层含水量的遥感反演有利于评估麦田干旱胁迫、实施精准灌溉.为快速获取华北地区冬小麦生长期冠层含水量,本文利用在2017年1—5月冬小麦生长期获取的Landsat-8 OLI和Sentinel-2MSI多时相遥感影像,基于混合像元分解模型,建立了归一化水指数与麦田实测含水量之间的定量关系.通过构建反演方程并结合遗传优化算法,求解冬小麦冠层含水量.对比地面实测数据,研究结果显示,本文方法能取得较优的反演结果,决定系数(R²)与均方根误差(root mean squared error, RMSE)分别为0.567和5.6%.与直接利用归一化水指数的反演方法相比,误差降低20%以上.研究表明,量化小麦冠层和土壤背景的不同线性混合比,可以有效消除土壤对小麦冠层含水量反演的影响,对小麦等作物生长的遥感监测具有重要的应用价值.     

不同密度栓皮栎幼苗冠层结构与LAI关系的分析研究

为分析栓皮栎幼苗冠层结构与种植密度的关系,利用LAI-2000植物冠层分析仪、Yaxin-1201植物冠层分析仪和收获法分别测定不同密度下栓皮栎幼苗群体冠层LAI值与群体中不同高度层的LAI值.结果表明:(1)栓皮栎幼苗叶片分布在顶部稀疏,中下部密集,活动面高度在植株高度的1/2处.(2)对于3年龄幼苗50~91株/m2的高种植密度不会制约幼苗生长,因此在栓皮栎苗圃育苗中应当合理密植,以提高苗木产量.(3)Yaxin-1201和LAI-2000植物冠层分析仪测定值与收获法测定值差异不显著(P>0.01).     

结合地形测绘数据的机载LiDAR草原植被冠层高度反演方法研究

草地冠层高度(grassland canopy height)是草地群落垂直结构组成、植被生长演变定量评估的核心指标之一,属于草地生态安全监测的关键参数。常规光学遥感获取地表植被覆盖存在群落三维结构信息缺失的问题,考虑到天然草地植被自然生长过程存在空间离散随机分布特征,发展了一种结合地形测绘数据的无人机激光雷达(airborne light detection and ranging, Air-LiDAR)草地冠层高度定量估算模型,改善了光学遥感在获取植被垂直结构参数方面的不足。研究结果表明,该模型具有较好的数值检验精度,并可适用于草地冠层高度的定量估算,为草地生态监测指标的定量获取提供了有价值的方法参考和理论依据。     

由冠层孔隙度反演植被叶面积指数的算法比较

植被的叶面积指数（LAI）是植被最重要的生态参数之一，也是估算多种植被冠层功能过程的关键参数迄今已提出的LAI的获取方法可归纳为直接测定和间接估算两大类．本文以河北省黄骅市为研究区，从遥感光学模型建立机理及数量分析的角度，对由植被冠层孔隙度反演植被LAI的4种间接估算方法进行了试验和比较．研究结果表明，LAI与植被盖度之间呈明显的正相关关系，即随着LAI的增大，植被盖度也在增大．在这4种估算方法中，LAI-2000算法最适用于研究区植被LAI的估算．