[發明專利]一種測量林窗立體結構的方法

無效

• 申請號: 200710011637.0
• 申請日: 2007-06-08
• 公開（公告）號: CN101319896A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 胡理樂;朱教君
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽應用生態研究所
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及林學與生態學中領域中關于林窗特征的測量方法，具體地說是一種測量林窗立體結構的方法。

背景技術

林窗(gap)指由一株以上林冠層樹木死亡而形成的將由新個體占據與更新的空間，這一概念伴隨森林循環的研究而產生。林窗干擾是森林群落中經常發生的重要的小尺度干擾，已成為當前森林生態學研究最活躍的領域之一。光是林窗中變化最劇烈的環境因子，由于受太陽高度角和方位角的日變化和季節性變化、復雜的林窗立體結構(主要指大小、形狀、不同方位林窗邊緣木冠層高度)以及林窗微地形的影響，林窗光照不僅存在日變化和季節變化，同時也表現出復雜的三維空間異質性。同時，光照的時空變化也引起林窗內地表溫度、空氣溫/濕度等熱力特征發生相應變化，而光照環境和熱力特征又會影響土壤水分、理化性質、營養元素分解、土壤微生物活性等環境因子，從而導致林窗環境因子的異質性。由于光在林窗中不均勻分布且林窗中直接入射光存在日時間和季節性的變化，所以測量林窗內光環境十分困難。由于太陽高度角和方位角的變化，林窗中不同位置接受到的光照差異十分大，所以直接測量方法(如照度計和光量子探頭)均只能監測到林窗中有限數量監測點的光照強度在監測時間里的變化。其它一些間接測量光環境的方法(魚眼鏡頭法)雖具有簡單、快速等優點，但一次也只能測量某一點的光照環境。此外，這些方法僅能估測林窗光照在同一平面上的變化。然而，植株的葉片分別位于不同的高度層，因此，測量林窗內距地面不同高度層的光照異質性才能準確地獲得植物的光照環境。Canham提出的林窗光指數(gap?light?index，GLI)可估測林窗任意位置的光照條件。林窗立體結構是影響林窗內光照的重要因素，因此，是GLI的關鍵參數。GLI把林窗的立體結構簡化為垂直圓柱體。林窗立體結構主要包括林窗大小、形狀以及每個方位林窗邊緣木冠層的高度。雖然已有不少測量林窗大小的方法，但至今，并沒有一種簡單、客觀、通用的測量林窗大小的方法；同時，對林窗形狀的測量研究極少，不少研究者簡單地按照林窗長軸與短軸的比值把林窗劃分為線形和非線形兩類；此外，目前還沒有研究涉及林窗邊緣木在不同方位的冠層高度的測量方法。因此，找到一種快速、客觀、準確測量林窗立體結構的方法對于林窗光照的研究具有重要意義。

發明內容

為彌補現有技術中林窗立體結構測量方法的技術空白，本發明的目的在于提供一種能夠客觀、精確且易操作的測量林窗立體結構的方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

在林窗中任意一個位置的不同高度用裝配魚眼鏡頭的數碼相機垂直向上拍攝兩張半球面影像；測量林窗參數；對兩張半球面影像進行處理，記錄相片中林窗林冠邊緣點的坐標；根據魚眼鏡頭的投影原理和各坐標點及林窗參數計算林窗的面積、形狀以及每個方位林窗林冠的高度。

其中所述半球面影像的拍攝要求為：選擇無風、全陰天在林窗內任意位置，將裝配有魚眼鏡頭的數碼相機安置在三角架上，在不同高度垂直向上拍攝2張半球面影像；拍攝時相機光圈調至最小，焦距調至無窮遠，確保半球面影像的正上方為羅盤正北方向；所述采用圖像處理軟件處理半球面影像，是以半球面影像的中心點為中心從0度方位角開始并以固定角度間隔記錄相片中林冠邊緣點的坐標，每張相片共記錄n＝360/g個坐標點；所述林窗參數包括坡度及坡向。

把林窗近似成n邊形，通過以下公式計算林窗面積：