【摘 要】
：
太阳辐射的各种形式和组成成分,如光合有效辐射（PAR）和短波辐射等,是自然界生态学、生理学过程的重要驱动变量。传统的森林冠层太阳辐射定量研究方法包括辐射计直接测量法,间接测量法和模型估计法。激光雷达扫描的冠层点云可以在高空间分辨率下生成冠层的三维结构,因此在对森林各部分生态系统的光照条件进行研究时,激光雷达点云成为冠层空间信息来源的合理选择。在本研究中,我们提出了一种利用激光雷达点云数据定量研究森
【基金项目】
：
国家自然科学基金面上项目《联合“空-地”激光雷达定量分离山区林下植被的叶面积指数》（项目编号41771374）； 国家重点研发计划项目《过去百年全球森林扰动数据集研制及其全球变化效应评估》的课题一:卫星遥感时代全球森林扰动数据集研制（2019YFA0606601）；
论文部分内容阅读
太阳辐射的各种形式和组成成分,如光合有效辐射（PAR）和短波辐射等,是自然界生态学、生理学过程的重要驱动变量。传统的森林冠层太阳辐射定量研究方法包括辐射计直接测量法,间接测量法和模型估计法。激光雷达扫描的冠层点云可以在高空间分辨率下生成冠层的三维结构,因此在对森林各部分生态系统的光照条件进行研究时,激光雷达点云成为冠层空间信息来源的合理选择。在本研究中,我们提出了一种利用激光雷达点云数据定量研究森林冠层辐射分布的方法。该方法利用地面激光雷达扫描系统（TLS）、无人机激光雷达扫描系统（UAV-LS）和航空激光雷达扫描系统（ALS）,分别获取了样方尺度和区域尺度森林三维点云数据。结合以极射赤面投影法为核心的散射辐射衰减模型、以圆柱光路中路径长度为主要参数的直射辐射衰减模型、半影效应估算样方尺度森林冠层辐射时空分布。结合以半球点云切片算法为核心的散射辐射衰减模型、以圆锥光路中路径长度为主要参数的直射辐射衰减模型、半影效应估算区域尺度森林冠层辐射时空分布。通过与野外实测辐射对比,验证辐射衰减模型对不同尺度森林冠层下方辐射值模拟的准确性,比较样方尺度森林和区域尺度森林冠层辐射时空分布变化,并分析了不同尺度森林冠层太阳辐射分布的差异。主要结论如下:（1）基于激光雷达的辐射衰减模型可以利用UAV-LS和TLS数据估算样方尺度森林野外实测辐射的变化(平均R~2=0.88,平均RMSE=155.5μmol·m-2·s-1,p＜0.01)。由于UAV-LS和TLS数据对森林冠层的覆盖范围和结构完整性不同,与基于融合点云数据估算的林下辐射值相比,分别基于UAV-LS和TLS数据的林下辐射模拟值比其高估了34.3%和21.6%。通过研究点密度对光路最佳半径的影响以及相关的灵敏度分析,建议圆柱光路的最佳光路半径应略大于平均点间距。ALS数据结合以半球点云切片算法为核心的散射辐射衰减模型、以圆锥光路中路径长度为主要参数的直射辐射衰减模型、半影效应也可以估算区域尺度森林野外实测辐射的变化（平均r RMSE=10.10%）。通过圆锥光路的锥角和林下辐射估算精度的敏感性分析,建议选择立体角为±3°的圆锥作为直射辐射衰减模型中的光路形状。（2）样方尺度和区域尺度森林冠层散射辐射时空变化存在显著差异。利用样方尺度森林冠层的点云数据计算得到的天空散射PAR(42-596μmol·m-2·s-1)远高于叶间多次散射PAR(0-105μmol·m-2·s-1),然而利用区域尺度森林冠层的点云数据计算得到的天空散射辐射(5-86W·m-2)与叶间多次散射辐射(0-42W·m-2)之间的差距不大,造成这种差异的原因一方面是样方尺度森林冠层角度孔隙率较大导致林下天空散射辐射值较高,另一方面取决于不同尺度森林的树种差异。此外,利用样方尺度森林冠层的点云数据计算得到的林下日累计太阳辐射值较高,然而利用区域尺度森林冠层的点云数据计算得到的日累计太阳辐射较低,造成这种差异的主要原因是样方尺度森林冠层厚度小且树冠排列较规律,然而区域尺度森林中的树高且密,树冠之间几乎不存在间隔,导致区域尺度林下日累计太阳辐射模拟值显著低于样方尺度的模拟值。（3）通过对样方尺度和区域尺度森林模拟的冠层太阳辐射空间分布进行对比分析发现:在区域尺度森林,冠层高度对于冠层太阳辐射垂直分布具有显著影响,尤其是森林中部冠层辐射分布明显受区域中树高的影响,在同一水平高度（30-40m）,较高树木的树冠切片受到其上方树冠的遮挡,其接收到的太阳辐射值较低(＜100W·m-2),较低树木的树冠切片上方树冠较小,其接收到的太阳辐射值往往更高(＞800W·m-2)。然而冠层高度对样方尺度森林影响较小,在同一水平高度（3-4 m）,冠层中的太阳辐射差值不超过500μmol·m-2·s-1。
其他文献
“宏微结合”是普遍适用的世界观和方法论，不只是化学才具有的化学学科特点。阐述了化学科学中“宏微结合”的几个主要方面，以及对“宏微结合”的深入思考，探讨了“宏微结合”能力的培养。指出化学教学也应该“宏微结合”,为此要做好3方面工作。
青藏高原被称为地球“第三极”,同时也是亚洲水塔。由于其特殊的地形及动力和热力作用,青藏高原对区域和全球气候具有重要影响。青藏高原分布着众多湖泊,是地球上海拔最高的湖泊分布区,青藏高原大部分湖泊分布在内陆流域（包括羌塘高原和柴达木盆地）,这些湖泊起到连接大气圈、冰冻圈和生物圈的水循环的重要作用。同时,这些湖泊不与其他区域的水体相连,能对其集水区的环境变化做出迅速响应,对于气候变化极为敏感,是反映气候
随着社会经济发展、城市化和工业化进程加快,我国正面临着加速应对气候变化和持续改善空气质量的双重挑战。近年来我国颁布和实施了一系列能源气候政策和大气污染防治政策法规,在空气质量改善和碳减排方面都取得显著进展。但要实现“美丽中国”愿景和“2060年碳中和”等目标,任务还十分艰巨,进一步完善生态环境保护与气候变化应对的协同路径设计势在必行。量化相关政策对大气污染物和温室气体的协同减排作用及其环境和健康效
第二次工业革命以来,全球气温经历了快速升高的过程。冰川作为气候变化的敏感指示器之一,在气温升高的影响下发生剧烈变化,出现面积萎缩、长度缩短、厚度减薄等一系列消融现象。山地与极地冰川是全球“固体水库”,其大量消融已经造成全球海平面抬升、水资源危机加剧等危害。气候变暖也在改变冰川原有的物质平衡状态,降低了冰川的稳定性,尤其是部分山地冰川,容易诱发冰崩、冰川泥石流等次生灾害,对当地居民的生命、财产安全构
三维建筑物是虚拟地理环境最重要的组成元素之一,目前已经广泛应用于三维导航、智慧城市、水利水电等多个领域。随着三维数据采集、三维建模技术的快速发展,三维建筑物模型的精细程度越来越高,数据量也随之急剧增长。虽然近年来计算机性能已得到了飞速提升,但在目前的硬件条件下,大规模三维城市场景的实时流畅渲染仍然面临着比较大的挑战。针对此问题,目前广泛采用的解决方案是细节层次技术（Level of Detail,
山地冰川不仅是表征气候变化的环境因子,同时也是重要的水文资源。遥感数据的发展使得大范围,长时间序列地进行冰川监测成为可能。合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）数据不受云雾影响,被广泛应用于冰川监测。近年来的Sentinel-1 SAR数据具备高时空分辨率、广覆盖率、可免费获取的优势,是进行山地冰川监测优秀的数据源。目前,利用遥感数据进行冰川监测主要存在以下问题:
随着水体中染料、抗生素等有机污染的加剧,如何高效处理水体中难降解有机污染物成为研究的重点与难点。半导体可见光光催化氧化技术因高效、无二次污染、易于操作等优势,近年来在水处理应用方面获得广泛关注与研究。多种可见光响应的半导体材料中,WO3优越的价带位置使其在理论上可以成为光催化降解水中有机污染物的优先选择。然而,实际操作中发现,单一WO3材料存在着光生载流子易复合、可见光利用效率低的缺陷。针对上述问
森林砍伐是影响森林生态系统变化的重要因素之一。森林砍伐类型的识别与动态监测,能够有效监管森林生态系统中的人类活动,同时,为森林中采伐迹地的恢复和更新提供良好的数据基础。传统光学遥感数据的光谱信息可以有效提取森林的皆伐信息,但由于缺乏准确刻画森林三维结构信息的能力,造成森林择伐识别的精度不足。结合激光雷达数据获取的三维结构信息与光学影像获取的二维光谱信息为提高森林砍伐识别的准确性提供了可能。首先,本
高空间分辨率逐时地表温度对生态、气候、水文等研究领域具有重要的价值。星载热红外遥感是定期获取大范围、高精度地表温度的唯一有效手段。然而,星载热红外遥感存在空间和时间分辨率相互制约的局限,使得高空间分辨率逐时地表温度目前仍然缺失。部分研究通过增强遥感地表温度的空间分辨率和拓展遥感地表温度的时间分辨率,提出了高空间分辨率逐时晴空地表温度重建方法。然而,这些算法操作复杂不易广泛推广和使用,且相关算法停留