基于RS和GIS東北天然林區(qū)域森林生物量及碳貯量估測研究.pdf

1、近些年來，森林銳減、土地退化、環(huán)境污染、生物多樣性喪失，特別是人類活動產(chǎn)生的CO2濃度急劇上升和由此導(dǎo)致的溫室效應(yīng)等是目前人類面臨的最嚴(yán)峻的全球環(huán)境變化問題，所以全球碳循環(huán)研究受到人類的普遍關(guān)注。為了正確評估森林在全球碳平衡中的作用，了解森林生態(tài)系統(tǒng)在碳循環(huán)中的作用，對森林的碳動態(tài)進(jìn)行更為細(xì)致的研究正日益成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。森林生物量估算是進(jìn)行陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳動態(tài)分析的基礎(chǔ)，業(yè)已成為生態(tài)學(xué)和全球變化研究的重要內(nèi)容之一。3S(RS、

2、GIS和GPS)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，為在大尺度上進(jìn)行生物量研究提供了可能。 本研究適應(yīng)這一需要，以吉林省汪清林區(qū)為實(shí)驗(yàn)基地，利用3S集成技術(shù)及時進(jìn)行理論和方法研究，以期達(dá)到能夠?qū)崟r有效地對森林生物量做出精確估測，為我國今后開展此類項(xiàng)目提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本研究主要研究內(nèi)容為：(1)基于森林調(diào)查的相容性森林生物量模型設(shè)計思想，采用聯(lián)立方程組為不同森林群落構(gòu)造了一系列引入林分蓄積因子的相容性生物量模型，并且得到了相當(dāng)高的預(yù)估精度。其中針葉林

3、、闊葉林和針闊混交林群落的森林生物量模型預(yù)估精度均在95％以上，基本上解決了森林生物量模型的相容性問題，是該領(lǐng)域一個較大的進(jìn)展。利用該模型得到汪清林業(yè)局針葉林、闊葉林和針闊混交林的森林生物量密度分別為97.78、121.96和110.44t·hm-2，其中喬木層生物量占三種森林群落森林生物量的比例分別為95.01％、93.89％和94.2％。無論是對喬木層、下層灌草還是整個森林群落，生物量密度都以闊葉林為最大，針闊混交林次之，針葉林為最

4、小。下層灌草生物量占森林生物量的比例以闊葉林為最大，針闊混交林次之，針葉林為最小。 (2)結(jié)合GIS技術(shù)，應(yīng)用B-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了森林生物量非線性遙感模型系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了采用遙感圖像提供的各波段的灰度值、植被指數(shù)等信息作為模型自變量外，還引入了立地類型、海拔、坡度和坡向等定量與定性因子。通過壓縮輸入數(shù)據(jù)和增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練學(xué)習(xí)算法等措施，對標(biāo)準(zhǔn)B-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了增強(qiáng)。結(jié)果證明增強(qiáng)型B-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有收斂速度快和自學(xué)習(xí)自適應(yīng)功能強(qiáng)的特

5、點(diǎn)，能最大限度地利用已知數(shù)據(jù)遙感圖像樣本集的先驗(yàn)知識，自動提取合理的模型。因此最終采用增強(qiáng)型B-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了森林生物量模型系統(tǒng)。在研究中發(fā)現(xiàn)，基于幾何精校正后的數(shù)據(jù)較幾何精校正前的更為適合用于建立森林生物量模型。以75m為緩沖區(qū)提取的數(shù)據(jù)較15m和45m的更為適合用于建立森林生物量模型。對針葉林、闊葉林和針闊混交林的森林生物量模型系統(tǒng)，增強(qiáng)型算法仿真結(jié)果的平均相對誤差分別為-1.47％、2.38％和3.56％，平均相對誤差絕對值分別

6、為6.33％、8.46％和8.91％，取得了理想的預(yù)估效果，并輸出了森林生物量/碳貯量分布圖。綜合土地覆蓋圖的分類精度(90.47％)，增強(qiáng)型B-P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)森林生物量模型的最終預(yù)測精度為88.04％，滿足生產(chǎn)精度要求。 (3)以森林生物量分布圖為基本圖層進(jìn)行了空間分析。研究區(qū)闊葉林生物量/碳貯量占總量的61％，在該地區(qū)占主導(dǎo)地位，為主要森林碳庫。其次為針闊混交林和針葉林，森林生物量/碳貯量分別占總量22％和17％。1995～19

7、99年間，我國遙感估計森林面積為142.60Mhm2，平均碳貯量和碳庫分別為25.77t·hm-2和3.68GtC。本研究區(qū)的遙感估計森林面積為0.2222Mhm2(除去云及陰影區(qū)和蘭家林場)，占全國森林面積的0.16％，而森林碳庫卻為0.012GtC，占全國碳庫的0.33％。森林平均碳貯量為51.84t·hm-2，明顯高于全國平均值。森林生物量分布隨海拔等級變化從大到小的排列次序?yàn)椋褐械龋据^低＞較高＞低＞高。隨坡度變化從大到小的排列次