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森林生態(tài)系統(tǒng)具有獨(dú)特的垂直分層結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)特征決定了森林冠層輻射傳輸、水分和物質(zhì)交換以及光合生產(chǎn)能力。為了深入理解森林物質(zhì)和能量交換過(guò)程，必須對(duì)森林垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)，如葉面積指數(shù)和聚集指數(shù)的三維時(shí)空分布信息進(jìn)行定量研究。然而由于各種條件限制，當(dāng)前野外實(shí)測(cè)的森林垂直分層信息極為缺乏，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)大多集中在固定樣點(diǎn)上，空間代表性有限，缺乏對(duì)葉面積指數(shù)和聚集指數(shù)時(shí)空變化特征的認(rèn)識(shí)。

中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所方紅亮研究組選擇了塞罕壩和長(zhǎng)白山兩個(gè)典型的溫帶森林站點(diǎn)，于2020年至2023年開(kāi)展了地面連續(xù)觀測(cè)試驗(yàn)，探索了森林葉面積指數(shù)和聚集指數(shù)的垂直分布和時(shí)間變化特征。研究對(duì)比分析了通量塔、便攜可伸縮升降桿、塔吊和無(wú)人機(jī)等四種不同的平臺(tái)在冠層垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)（如孔隙率、葉面積指數(shù)、聚集指數(shù)、冠層光子再碰撞概率等）測(cè)量的優(yōu)劣。研究認(rèn)為通量塔適用于固定位置的垂直剖面測(cè)量，而便攜式升降桿適合于15 m以下的測(cè)量；塔吊測(cè)量需要建立相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，而無(wú)人機(jī)則提供了一種有效的監(jiān)測(cè)森林垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)森林有效葉面積指數(shù)在不同冠層高度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化，而冠層聚集指數(shù)在不同高度上保持相對(duì)一致，落葉季的值比有葉季高約0.1到0.2。

????本研究獲得的森林垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)已公開(kāi)共享（論文電子附件鏈接中），可用于森林結(jié)構(gòu)表征、冠層反射率建模、遙感分層產(chǎn)品驗(yàn)證和植被建模研究。相關(guān)的野外測(cè)量試驗(yàn)報(bào)告也可在網(wǎng)上獲取（http://www.lreis.ac.cn/en/Communication/is/）。

????研究組同時(shí)依托本項(xiàng)研究申請(qǐng)并獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利一項(xiàng)，發(fā)明名稱(chēng)為：一種基于無(wú)人機(jī)的森林垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)和方法。

本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新項(xiàng)目的資助。

論文鏈接與數(shù)據(jù)獲取：

Fang,H.,Wu,Y.,Zhang,Y.,Wang,Y.,Li,S.,Ma,T.,Li,Y.,and Guo,K.,2025. Seasonal variation of canopy vertical structural profiles measured?at two temperate forests: intercomparison of tower,mast,crane,?and UAV measurements. Trees?39,9.

https://doi.org/10.1007/s00468-024-02589-4

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