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内蒙古大兴安岭林区白桦天然林单木胸径生长模型构建
1
作者 马浩 曹元帅 +3 位作者 吕延杰 徐干君 何友均 王建军 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期101-110,共10页
【目的】为准确预测内蒙古大兴安岭林区的白桦天然林单木生长并制定适应性经营管理措施,构建包含气候因子和林木大小多样性因子的白桦单木胸径生长混合效应模型。【方法】数据来源于内蒙古大兴安岭林区第8和9次森林资源清查数据,共筛选... 【目的】为准确预测内蒙古大兴安岭林区的白桦天然林单木生长并制定适应性经营管理措施,构建包含气候因子和林木大小多样性因子的白桦单木胸径生长混合效应模型。【方法】数据来源于内蒙古大兴安岭林区第8和9次森林资源清查数据,共筛选出符合要求的固定样地97块,白桦样木4785株。基于筛选的数据,运用逐步回归法,构建传统单木胸径生长模型,并在此模型的基础上,引入样地随机效应,构建白桦单木胸径生长混合效应模型。利用十折交叉验证法分别对已构建的基础模型和混合效应模型进行检验。【结果】期初胸径的对数、大于对象木的断面积和、样地内胸径标准差、生长积温和年平均降雨量对白桦单木胸径生长量存在显著影响。与基础模型相比,混合效应模型的调整决定系数提高了0.1206,均方根误差降低了0.0971 cm2,模型的预测精度显著提高。十折交叉验证的结果表明混合效应模型同样表现出较好的拟合结果。【结论】包含气候因子和林木大小多样性因子的白桦单木胸径生长混合效应模型能精准预测白桦单木胸径的生长动态,可以为内蒙古大兴安岭林区的白桦天然林的科学经营提供支持。 展开更多
关键词 森林管理 模型构建 白桦天然林 单木胸径生长 气候因子 林木大小多样性因子 线性混合效应模型
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基于广义可加模型的气候对单木胸径生长的影响研究 被引量：25
2
作者 余黎 雷相东 +2 位作者 王雅志 杨英军 王全军 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第5期22-32,共11页
基于吉林省汪清林业局落叶松-云冷杉林长期固定样地25年观测数据,采用广义可加模型方法,建立了包含气候因子的单木胸径生长模型,研究气候因子对单木胸径生长的影响及不同树种的响应差异。结果表明:生长季≥5℃积温、生长季最低气温、年... 基于吉林省汪清林业局落叶松-云冷杉林长期固定样地25年观测数据,采用广义可加模型方法,建立了包含气候因子的单木胸径生长模型,研究气候因子对单木胸径生长的影响及不同树种的响应差异。结果表明:生长季≥5℃积温、生长季最低气温、年平均总降水量、月气温差以及年平均气温与年平均总降水量之比5个气候因子对该类型的落叶松、红松、冷杉、云杉、慢阔和中阔6个树种(组)的单木的年平均胸径生长量都有显著的影响,但不同树种组的气候响应变量和程度不同。对含气候和林分因子的全模型、仅含林分因子的部分模型以及仅含气候因子的部分模型进行了统计分析,结果显示:3类模型分别能解释50.8%、45.7%和29.5%的胸径生长变异,说明在局部尺度气候因子对胸径生长的解释能力有限;影响胸径生长的主要因子是单木的期初胸径、大于对象木的断面积之和、林分每公顷株数和林分断面积平均胸径。 展开更多
关键词 气候变化 广义可加模型 单木胸径生长
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基于两层次线性混合效应模型的杉木林单木胸径生长量模型 被引量：40
3
作者 李春明 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期66-73,共8页
基于两层次线性混合效应模型方法,建立江西省杉木人工林单木胸径生长量模型。研究所用数据来自于长期观测的固定样地数据,数据库包括82个区域、365个样地、5416株树木共计16248条记录。为了解决不同区域及不同样地之间的差异,本文构建... 基于两层次线性混合效应模型方法,建立江西省杉木人工林单木胸径生长量模型。研究所用数据来自于长期观测的固定样地数据,数据库包括82个区域、365个样地、5416株树木共计16248条记录。为了解决不同区域及不同样地之间的差异,本文构建的混合模型分别考虑样地层次、区域层次及两层次的随机参数效应。针对数据存在的重复测量及嵌套结构特性,在模拟时选择合适的异方差和自相关模型矩阵来解决此类问题。最后利用独立的抽样验证数据对模拟结果进行验证。结果表明:林分断面积、对象木胸径、林分内大于对象木的断面积之和与对象木胸径的比值以及海拔对单木胸径生长量有显著影响。与林业中常用的传统最小二乘方法相比,采用混合效应模型方法后模型的模拟精度和验证精度均有提高。选择适合的异方差和自相关函数后,模型比只考虑参数的随机效应有更好的适应性,并体现出了混合效应模型的灵活性和准确性。 展开更多
关键词 单木胸径生长量 异方差 自相关结构 线性混合模型 杉木
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随机截距效应在模拟杉木人工林单木胸径生长量中的应用 被引量：4
4
作者 李春明 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期7-12,共6页
以江西省杉木人工林4次调查数据为例,建立单木胸径生长量随机截距效应混合模型,分别考虑样地层次、区域层次及多层次的随机截距效应,并在考虑多层次效应时考虑了存在的异方差和自相关问题,最后利用独立的抽样验证数据对模拟结果进行验... 以江西省杉木人工林4次调查数据为例,建立单木胸径生长量随机截距效应混合模型,分别考虑样地层次、区域层次及多层次的随机截距效应,并在考虑多层次效应时考虑了存在的异方差和自相关问题,最后利用独立的抽样验证数据对模拟结果进行验证。结果表明:林分断面积、对象木胸径、林分内大于对象木的断面积之和与对象木胸径的比值以及海拔对单木胸径生长量有显著影响;与林业中常用的传统最小二乘法相比,采用混合效应模型方法后模型的模拟效果和验证精度均有提高;选择适合的异方差和自相关函数后,模拟结果比只考虑随机截距效应有更好的适应性;实际应用中考虑多层效应要比单层效应模拟效果好。 展开更多
关键词 单木胸径生长量 异方差 自相关矩阵 多层次随机截距效应 杉木人工林
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基于随机森林算法的落叶松-云冷杉混交林单木胸径生长预测 被引量：26
5
作者 欧强新 雷相东 +1 位作者 沈琛琛 宋国涛 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期9-19,共11页
【目的】单木生长受气候、林分等多种因子影响,需要利用适当的方法厘清气候以及林分中影响林木生长的主导因子。随机森林等机器学习方法提供了一种新的途径,需要检验利用随机森林算法分析气候和林分因子对林木生长影响的可靠性,为森林... 【目的】单木生长受气候、林分等多种因子影响,需要利用适当的方法厘清气候以及林分中影响林木生长的主导因子。随机森林等机器学习方法提供了一种新的途径,需要检验利用随机森林算法分析气候和林分因子对林木生长影响的可靠性,为森林生长收获预估提供新的方法。【方法】以吉林省汪清林业局20块落叶松-云冷杉混交林固定样地25年(1986—2010年)间连续调查数据作为研究材料,候选气候和林分因子52个,利用随机森林算法建立了包含气候和林分的单木胸径生长模型,分析气候和林分因子对单木胸径年平均生长量的影响:基于52个超参数组合(决策树数目ntree=1 000、决策树每个结点随机选择的预测变量个数mtry={1, 2,···, 52})构建了52个随机森林模型,利用10折交叉验证法分别训练和评估52个随机森林模型;基于完整数据集,利用最优随机森林模型分析自变量对单木胸径年平均生长量影响的相对重要性以及偏依赖关系。【结果】ntree=1 000、mtry=12所对应的模型是52个模型中具有最佳泛化能力的模型,该模型具有最大的交叉验证决定系数R2cv(R2cv=0.54),以及最小的交叉验证均方根误差RMSEcv、交叉验证平均绝对偏差MAEcv和交叉验证相对均方根误差rRMSEcv(RMSEcv=0.14 cm、MAEcv=0.10 cm、rRMSEcv=50%)。单木胸径年平均生长量受林分因子的影响极大,相对重要性超过80.00%。8个林分因子中,大于对象木的林木断面积之和BAL对单木胸径年平均生长量影响最大,林分每公顷株数N对单木胸径年平均生长量影响最小,其他因子对单木胸径年平均生长量影响介于两者之间;单木胸径年平均生长量随BAL、林分每公顷断面积BA、N以及林分断面积平均胸径Dg的增加而下降,随对象木胸径与林分断面积平均胸径之比RD、林木期初胸径D0以及对象木胸径与林分中最大林木胸径之比DDM的增加而增加。单木胸径年平均生长量受气候因子的影响较小,相对重要性低于20.00%。44个气候因子对单木胸径年平均生长量的影响均较小(相对重要性均<1%),其中,生长季平均降水量(4—9月)与年均降水量之比Pratio、年总太阳辐射时长Asr、生长季平均降水量(4—9月)与生长季相对湿度(4—9月)之比Gspgsrh以及生长季太阳辐射时长(4—9月)Gssr是前4个相对重要的变量。【结论】随机森林模型能够较好地解析各变量与单木胸径年平均生长量之间复杂的关系,单木胸径年平均生长量受林分因子的影响极大,而受气候因子的影响较小。总体而言,在局部尺度上,林分因子是影响单木胸径生长的主导因子,而气候因子对单木胸径生长的解释能力有限。随机森林模型具有一定的泛化能力和统计可靠性,产生的变量重要性和偏依赖图具有合理的林学意义。 展开更多
关键词 林分因子 气候 随机森林 单木胸径生长
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基于贝叶斯模型平均法和逐步回归法构建杉木单木胸径生长模型 被引量：6
6
作者 鲁乐乐 王震 +1 位作者 张雄清 张建国 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期87-97,共11页
【目的】探索杉木人工林单木胸径生长量变化的驱动因子,比较不同驱动因子的重要性,构建不确定性单木胸径生长模型,为杉木经营管理者科学经营管理杉木人工林提供参考。【方法】以福建省邵武市卫闽林场杉木密度试验林为研究对象,采用贝叶... 【目的】探索杉木人工林单木胸径生长量变化的驱动因子,比较不同驱动因子的重要性,构建不确定性单木胸径生长模型,为杉木经营管理者科学经营管理杉木人工林提供参考。【方法】以福建省邵武市卫闽林场杉木密度试验林为研究对象,采用贝叶斯模型平均法(BMA)和逐步回归法(SR)分析杉木单木胸径生长量与内部因子(林分变量因子)和气候因子的关系,构建杉木单木胸径生长模型。【结果】杉木单木胸径年均生长量受气候因子影响较小,主要受竞争因子和单木大小因子影响。单木胸径生长量随林分密度、林分平方平均胸径、大于对象木的断面积和、年龄、冬季平均最低温度增加而减小,随期初胸径、胸高断面积、优势木平均高、最冷月平均温度、最热月平均温度、年均降雨量增加而增加。基于SR获得模型的后验概率小于BMA获得最佳模型(最高后验概率)或SR模型不在BMA模型空间前几个后验概率高的模型中。【结论】杉木单木胸径生长量随竞争增加而减小,随温度和降雨增加而增加。贝叶斯模型平均法考虑所有可能变量的组合,能够反映出模型的不确定性。 展开更多
关键词 单木胸径生长量 气候变量 贝叶斯模型平均法 逐步回归法 林分变量因子
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基于气候因子的兴安落叶松天然林单木直径生长模型构建 被引量：9
7
作者 杨鑫 王建军 +2 位作者 杜志 王文文 孟京辉 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1-11,共11页
【目的】建立基于气候因子的兴安落叶松天然林单木直径生长模型用于预测胸径生长,为内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松天然林经营管理提供理论依据。【方法】基于内蒙古大兴安岭地区2013、2018年森林资源连续清查数据中的187块兴安落叶松天... 【目的】建立基于气候因子的兴安落叶松天然林单木直径生长模型用于预测胸径生长,为内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松天然林经营管理提供理论依据。【方法】基于内蒙古大兴安岭地区2013、2018年森林资源连续清查数据中的187块兴安落叶松天然林固定样地及样地位置对应的气候数据,运用逐步回归法建立考虑气候因子的传统单木直径生长模型,并在此基础上,加入样地效应构建兴安落叶松单木直径生长混合效应模型。最后,利用独立检验样本数据对基础模型和混合效应模型进行检验。【结果】年平均气温MAT、生长季平均降雨量P_(gm)是影响该地区兴安落叶松胸径生长量的主要气候因素,二者与胸径生长量均呈正相关。其余显著影响胸径生长量的因子包括初期胸径的倒数(1/DBH)、大于对象木的断面积和(BAL)、每公顷株数(NT),3个变量都与胸径生长量呈负相关。胸径混合效应模型的决定系数(R^(2))为0.7604,平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)分别为0.3866和0.4863 cm^(2)。与基础模型相比,混合效应模型的R^(2)提高了0.3217,MAE和RMSE减少了0.2306和0.2674 cm^(2)。在模型检验中,混合效应模型也呈现出了较好的拟合效果。【结论】基于气候因子的单木直径生长混合效应模型可以较好地描述内蒙古大兴安岭地区的兴安落叶松胸径生长过程。 展开更多
关键词 兴安落叶松 单木胸径生长 气候因子 线性混合效应模型
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基于混合效应模型的新疆天山云杉单木胸径预测模型构建 被引量：13
8
作者 陈国栋 杜研 +2 位作者 丁佩燕 郭珂歆 尹忠东 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期12-22,共11页
【目的】建立新疆天山云杉单木胸径生长模型,以期对天山云杉胸径生长进行预测,为天山云杉经营管理提供理论依据。【方法】以天山云杉为研究对象,基于新疆自治区一类清查数据中70块天山纯林复测样地,样地中测得活立木共计1914株,随机选取... 【目的】建立新疆天山云杉单木胸径生长模型,以期对天山云杉胸径生长进行预测,为天山云杉经营管理提供理论依据。【方法】以天山云杉为研究对象,基于新疆自治区一类清查数据中70块天山纯林复测样地,样地中测得活立木共计1914株,随机选取1531组数据作为训练数据,383组数据作为检验数据。对比分析传统单木胸径模型和混合效应模型在云杉单木胸径模型的应用,在运用R语言的nlme模块构建混合效应模型时考虑密度水平效应、样地效应以及嵌套两水平效应,并用平均绝对误差(E)、均方根误差(RMSE)、平均预估误差(MPE)、总相对误差(TRE)、调整决定系数(R^2adj)来检验模型的拟合效果。【结果】混合效应模型(R^2adj=0.762)优于传统胸径模型(R^2adj=0.505)。混合效应模型中,基于嵌套两水平混合效应模型最好,其平均绝对误差(∣E∣)、均方根误差(RMSE)、平均预估误差(MPE)、总相对误差(TRE)、调整决定系数(R^2adj)值分别为0.589 cm、0.804 cm、0.966%、-0.042%、0.899。混合效应模型拟合效果由高到低依次为:嵌套两水平混合效应模型(R^2adj=0.899)>样地混合效应模型(R^2adj=0.766)>密度水平混合效应模型(R^2adj=0.762)。幂函数能有效消除异方差结构的影响,一阶自回归矩阵AR(1)可以有效消除数据的时间相关效应。【结论】研究求得的天山云杉单木胸径生长混合效应模型可作为新疆天山云杉单木胸径预测的主要模型,其中嵌套密度水平效应和样地效应的混合效应模型对单木胸径的预测效果最好(R^2adj=0.899),此研究表明混合效应模型是新疆天山云杉单木胸径预测的有效方法,为大面积新疆天山云杉单木胸径预测提供理论基础及新的方法。 展开更多
关键词 天山云杉 单木胸径生长 异方差 自相关结构 线性混合效应模型
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