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面向非全覆盖遥感辅助数据的森林地上生物量估算
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作者 黄柳源 郑炎 +3 位作者 程欣杰 曾伟生 徐晴 侯正阳 《林业科学》 北大核心 2025年第9期22-38,共17页
【目的】面向森林资源(如森林地上生物量AGB)年度调查出数面临的小样本量与遥感辅助数据非全覆盖问题,基于混合估计方法与蒙特卡洛模拟法,探讨混合估计方法解决该问题的实际推断能力及其对样本量的响应规律,优化调查样本量,阐明2类统计... 【目的】面向森林资源(如森林地上生物量AGB)年度调查出数面临的小样本量与遥感辅助数据非全覆盖问题,基于混合估计方法与蒙特卡洛模拟法,探讨混合估计方法解决该问题的实际推断能力及其对样本量的响应规律,优化调查样本量,阐明2类统计推断方法(基于全覆盖遥感辅助数据和基于非全覆盖遥感辅助数据)间的联系,为解决森林资源年度调查出数提供方法理论参考。【方法】应用混合估计理论突破小样本量与非全覆盖遥感辅助数据条件下提升抽样精度的瓶颈,基于根河林业局第九次森林资源清查完整数据,设计不同大小的样地样本量(m_(1))和遥感辅助数据样本量(m_(2)),模拟小样本量、遥感辅助数据非全覆盖情形,引入传统基于模型(CMB)和基于设计(DB)的统计推断方法作为比较,探究混合估计量(Hybrid估计量)的推断效率及其对样本量的响应规律,同时基于Hybrid估计量的方差分析,从方差组分变化规律及公式联系上揭示Hybrid估计量与CMB估计量的数学关联。【结果】1)当Hybrid估计量对辅助数据的抽样强度为100%时,总方差等于模型方差,与CMB估计量的推断结果一致。2)当样地样本S1完整时,基于模型方法计算的总体方差仅为基于设计方法计算结果的51.95%,推断精度提升2.04%。3) Hybrid估计量推断研究区AGB的总体参数时,若样本量m_(1)保持一致,Hybrid估计量在m_(2)约为12 800(0.127%)后推断精度基本稳定,推断精度与样地、辅助数据样本量呈倒J形的非线性关系。考虑到调查成本和结果稳定性,研究认为AGB总体参数推断的最佳性价比样本量约为m_(1)=40(41%)、 m_(2)=12 800(0.127%)。4) Hybrid估计量基于根河林业局第九次森林资源清查的约1/5样地样本和0.127%的非全覆盖免费遥感辅助数据样本,达到近90%(87.16%)的推断精度。【结论】1) CMB估计量可视为Hybrid估计量的特例,实际调查中可根据精度要求、成本限制等调整总体参数的推断方法。2)在Hybrid估计量中,来源于模型的方差组分占据总体参数推断不确定性的主导地位,意味着增加实测样本量、使用高精度辅助数据(如激光雷达数据)、优化建模方法等是降低其推断不确定性的有力手段。3) Hybrid估计量的推断精度与样地、辅助数据样本量呈倒J形的非线性关系,以此确定根河林业局实现AGB年度出数需求的高性价比样本量为m_(1)=40(41%)、 m_(2)=12 800(0.127%),相较于传统基于设计与基于模型的统计推断,在精度和成本上有显著改善,可较好满足县域尺度的总体年度调查出数需求。4)面向国家森林资源年度监测体系,Hybrid估计量在小尺度区域(根河林业局),基于约1/5的实测样本和0.127%的非全覆盖遥感辅助数据样本,已达到近90%的推断精度(87.16%),通过辅助数据质量提升、建模方法优化等可进一步提高推断精度,具备基于年度调查实测样本进行年度出数的潜力。 展开更多
关键词 混合估计量 统计推断 非全覆盖遥感辅助数据 森林资源调查 森林地上生物量
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中国森林树种多样性对土壤碳氮含量的影响
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作者 陈佳仪 代莹 张乃莉 《北京林业大学学报》 北大核心 2025年第2期23-31,共9页
【目的】揭示不同气候带森林生态系统中土壤碳氮含量对树种多样性的响应差异,并探讨影响这种响应的关键生物和非生物因素。【方法】收集中国热带、亚热带、暖温带和中温带4个森林生态系统树种多样性,土壤碳、氮含量和土壤真菌多样性数据... 【目的】揭示不同气候带森林生态系统中土壤碳氮含量对树种多样性的响应差异,并探讨影响这种响应的关键生物和非生物因素。【方法】收集中国热带、亚热带、暖温带和中温带4个森林生态系统树种多样性,土壤碳、氮含量和土壤真菌多样性数据,针对处理组(多个树种)和对照组(单一树种)共计214组数据进行整合分析,使用随机效应模型计算多样性效应值,并分析不同气候带森林生态系统影响树种多样性效应值的生物和非生物变量的解释权重。【结果】不同气候带森林土壤碳、氮含量对树种多样性存在差异性响应,随着纬度梯度增高,树种多样性对土壤碳、氮含量的影响逐渐减弱。热带和亚热带森林较强的树种多样性效应主要源于海拔和土壤pH,而非土壤真菌群落多样性,但是暖温带和中温带森林土壤真菌多样性则是调控树种多样性对土壤碳、氮含量影响的重要因素之一。【结论】中国不同气候带森林生态系统的土壤碳、氮含量对树种多样性的响应格局一定程度上解释了局域尺度研究中森林树种多样性对土壤碳库影响机制的分歧,同时也说明树种多样性的变化对于热带和亚热带森林土壤碳库的影响可能更为剧烈。 展开更多
关键词 森林生态系统 树种多样性 土壤有机碳 土壤全氮 土壤真菌多样性
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全球森林碳汇功能评估研究进展 被引量:33
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作者 付玉杰 田地 +2 位作者 侯正阳 王明刚 张乃莉 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1-10,共10页
“森林是碳库”生动释意了森林在国家生态安全和人类经济社会可持续发展中的战略地位。森林作为陆地生态系统的主体,其固碳是实现我国“双碳”愿景的重要路径。我国经过多年生态文明建设,森林碳储量逐年增加、森林碳汇功能得到较大提升... “森林是碳库”生动释意了森林在国家生态安全和人类经济社会可持续发展中的战略地位。森林作为陆地生态系统的主体,其固碳是实现我国“双碳”愿景的重要路径。我国经过多年生态文明建设,森林碳储量逐年增加、森林碳汇功能得到较大提升,对全球森林碳汇功能的总体升高起到了积极的作用。然而,我国国土面积大、生境类型复杂,且长久以来秉持传统的森林经营管理理念与实践,在碳排放导致的全球气候急剧变化背景下如何进一步高效提升我国森林碳汇功能,以助力实现2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”目标,仍旧存在巨大挑战。本文以全球森林五大碳库的现状及其生物与非生物驱动因素为切入点,系统阐述森林野外调查和模型模拟等现代碳汇评估方法,着重梳理提升森林碳汇的潜在途径,以期为“双碳”目标下我国森林碳汇功能稳固持续提升提供理论参考。未来森林碳汇研究首先应着力于构建多尺度、全方位生态系统监测网络和综合评估体系;其次应构建森林全组分碳库综合分析框架,贯穿于森林碳汇的监测、评估和提升途径等各个环节,最大限度地消除全球森林碳汇强度和动态估算过程中的不确定性;最后建立可持续的林业碳金融市场,通过政策引导、建设复合型人才队伍和强化国际相关领域合作,为林业碳金融体系提质增效。 展开更多
关键词 碳达峰 碳中和 全球森林碳汇格局 森林碳汇评估 森林增汇途径
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利用空间分布模式与样地设计提升森林资源抽样调查精度 被引量:2
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作者 胡樱馨 梅安琪 +1 位作者 徐晴 侯正阳 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期155-165,共11页
【目的】森林资源调查中,研究森林属性空间分布模式下的抽样设计,以突破地域限制,为抽样调查提供可推广的经验法则。【方法】利用北京市鹫峰国家森林公园样地调查的实测数据,构建人工总体。以树木死亡率作为为森林属性的代理属性,表达... 【目的】森林资源调查中,研究森林属性空间分布模式下的抽样设计,以突破地域限制,为抽样调查提供可推广的经验法则。【方法】利用北京市鹫峰国家森林公园样地调查的实测数据,构建人工总体。以树木死亡率作为为森林属性的代理属性,表达空间自相关。采用系统抽样设计,并通过蒙特卡洛模拟法,评估森林空间自相关、样地大小以及系统抽样设计对抽样精度的影响。【结果】(1)4种不同空间分布模式的总体变异系数,从小到大依次为:死亡率为0%的总体、死亡率为20%的随机模式总体、死亡率为10%的聚集模式总体、死亡率为20%的聚集模式总体。当死亡率为20%,抽样强度为2.73%时,随机模式的变异系数比聚集模式的变异系数低了1.3%。(2)3种不同大小的样地总体变异系数,从小到大依次为:20 m×20 m、30 m×30 m、40 m×40 m。其中,40 m×40 m的变异系数明显高于20 m×20 m和30 m×30 m对应的变异系数。(3)随着抽样强度增大,随机模式下8×8的主单元数目设计的人工总体的变异系数比4×4的约高0.02%,比16×16的约高0.15%;聚集模式下,8×8的N设计的人工总体的变异系数比4×4的约高0.32%,比16×16的约低0.54%。【结论】(1)不同强度的空间自相关都会削弱抽样精度,其中聚集模式相比随机模式的影响更为显著;(2)较小的样地有利于提高抽样精度和精度的收敛速度,但合理大小的样地设计才能有效提升抽样效率;(3)系统抽样中不同主单元数目对抽样精度的影响不明显,实际调查中应避免选择样本量为1的系统抽样,否则抽样误差难以度量。 展开更多
关键词 抽样调查 空间模式 样地大小 系统抽样
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基于耦合推断的时间外延性辅助数据偏倚修正——以森林蓄积量估计为例 被引量:1
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作者 梅安琪 侯正阳 +3 位作者 徐晴 陈芳婷 齐元浩 贾东瑾 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期79-94,共16页
【目的】1)量化“过期”模型对推断总体参数(总体均值、方差)的影响;2)提出利用基于模型辅助的估计量修正模型保质期引起的推断偏倚;3)评估度量误差模型对推断偏倚的修正作用。【方法】在基于设计、基于模型和基于模型辅助3种推断框架下... 【目的】1)量化“过期”模型对推断总体参数(总体均值、方差)的影响;2)提出利用基于模型辅助的估计量修正模型保质期引起的推断偏倚;3)评估度量误差模型对推断偏倚的修正作用。【方法】在基于设计、基于模型和基于模型辅助3种推断框架下,应用度量误差模型,修正“过期”模型对总体参数(总体均值、方差)的影响。【结果】1)将二阶抽样的估计值作为参照,对比基于模型的统计推断估计值,无论是线性回归模型还是度量误差模型,其均值估计值与二阶抽样下总体均值估计值6.774 m^(3)·hm^(−2)接近,其方差估计值的平均值为0.117,远小于基于设计的方差估计值0.965,精度提升平均为87.93%;2)遥感数据“过期”引起模型失效,对总体均值估计产生较大偏差,总体均值估计值的偏移程度随着遥感数据获取时间的推移加剧;3)在基于模型辅助推断框架下,线性回归模型和度量误差模型的总体均值估计值均在6.5~6.8波动,波动范围较小,变化趋势相同,二者均值估计值差异较小,后者推断精度更高,精度提升范围为5.71%~22.50%,平均为13.34%。【结论】1)遥感数据作为辅助信息可有效提高估计精度;2)当遥感数据“过期”时模型失效,总体均值估计值偏倚增大,方差估计值被低估;3)基于模型辅助的统计推断可解决模型“过期”造成的推断偏倚问题,保持估计量近似无偏性,且精度与概率样本的样本量呈正相关;4)度量误差模型可降低总体方差估计值,但仅使用度量误差模型无法消除时间外延性遥感数据产生的推断偏倚。 展开更多
关键词 统计推断 森林资源调查 抽样设计 遥感数据 “过期”模型
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模型假设对基于模型的森林蓄积量估算的影响 被引量:1
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作者 齐元浩 侯正阳 +1 位作者 刘太训 徐晴 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期111-123,共13页
【目的】1)评估模型的线性和非线性形式、模型残差假设对推断不确定性的效应;2)比较2种总体均值的方差估计方法(自助法和解析法);3)评估多种因素对推断不确定性的效应,构建基于遥感模型的统计推断经验法则用于指导实践。【方法】应用基... 【目的】1)评估模型的线性和非线性形式、模型残差假设对推断不确定性的效应;2)比较2种总体均值的方差估计方法(自助法和解析法);3)评估多种因素对推断不确定性的效应,构建基于遥感模型的统计推断经验法则用于指导实践。【方法】应用基于模型的统计推断方法,以森林蓄积量估算为例,基于非洲稀树草原的薪材材积实测样地数据和Landsat 8遥感辅助数据,使用二阶抽样从总体中选择160块样地形成样本,在不同模型假设下进行总体参数推断,量化分析参数模型假设对估计量不确定性的效应,并辅以置信椭圆等诊断方法确保分析的有效性。【结果】1)不同模型假设下的总体均值估计值μ_(mb)为7.159~7.331 m^(3)·hm^(-2),解析方差估计值Var(μ_(mb))为0.147~0.221,抽样精度为93.59%~96.64%,总体均值的经验方差估计值Var(μ_(mb))为0.143~0.237。模型假设会影响模型参数估计,进而影响推断精度Var(μ_(mb))。自助法是检验总体参数解析估计量无偏性的有效方法。2)基于设计的统计推断方法得出的总体均值估计值μ_(db)为6.774 m^(3)·hm^(-2),其方差估计值Var(μ_(db))为0.965,抽样精度为85.50%。既定条件下,相比基于设计的统计推断,基于模型的统计推断能够有效将推断精度提升77.10%~84.77%,对抽样精度的提升为9.46%~13.03%。【结论】基于模型的统计推断在小样本推断中具有更高的推断精度和抽样精度,有助于实现高精度、低样本量、短周期的森林资源调查目标,但建模过程中的不确定性会影响推断精度,其中残差变异性对推断不确定性的影响最大。忽略方差异性和空间自相关效应在同方差假设下进行总体参数推断,会低估Var(μ_(mb)),在考虑方差异性的同时应进一步检验空间自相关性并使用相应的权函数和自相关函数模拟残差变异性。 展开更多
关键词 森林资源遥感调查 基于模型的统计推断 回归模型 方差估计
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古田山亚热带常绿阔叶林凋落物分解及养分释放动态 被引量:3
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作者 胡学鹏 幺中元 张乃莉 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第19期8584-8594,共11页
亚热带常绿阔叶林在我国森林生态系统碳存储方面发挥着重要作用,研究其凋落物分解机制对理解和预测亚热带森林生态系统养分循环和碳储存具有重要意义。以古田山国家级自然保护区典型亚热带常绿阔叶林为研究区域,以两种亚热带树种马尾松(... 亚热带常绿阔叶林在我国森林生态系统碳存储方面发挥着重要作用,研究其凋落物分解机制对理解和预测亚热带森林生态系统养分循环和碳储存具有重要意义。以古田山国家级自然保护区典型亚热带常绿阔叶林为研究区域,以两种亚热带树种马尾松(Pinus massoniana)和石栎(Lithocarpus glaber)凋落叶作为分解基质,通过对凋落物分解速率、凋落物养分释放速率、土壤微生物群落结构、土壤胞外酶活性以及土壤理化性质的测定,从凋落物质量、分解者和分解环境三个层面探究亚热带常绿阔叶林凋落物分解的主场效应、养分释放模式以及土壤微生物作用机制。研究结果表明:(1)马尾松凋落叶主场效应不明显,而石栎凋落叶在分解过程中表现出一定主场效应,并具有时间依赖性,在分解后期主场效应较为强烈,说明具有较低初始有机碳含量的凋落物可能存在相对明显的正主场效应;(2)马尾松和石栎凋落叶的有机碳均呈净富集状态,马尾松凋落叶氮在分解后期呈释放模式,而石栎凋落叶氮则表现为净富集模式;(3)亚热带常绿阔叶林内凋落物分解主要受养分残留率、土壤微生物群落结构(真菌/细菌比和革兰氏阳性/阴性细菌比)和土壤pH的影响。综上,揭示了马尾松和石栎凋落物分解主场效应的差异性表现和时间依赖性,有助于亚热带常绿阔叶林优势树种的凋落物分解机制的深入理解。 展开更多
关键词 亚热带常绿阔叶林 凋落物分解 微生物群落结构 主场效应 胞外酶活性
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北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤碳组分对模拟增温的响应机制 被引量:1
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作者 陈玺洋 潘玉梅 +3 位作者 齐志远 王袼 王常慧 张乃莉 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第18期7448-7461,共14页
中国北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤有机碳库对全球气候变暖的响应趋势存在较大不确定性。作为温性盐碱性草地的典型分布区,山西右玉农牧交错带是探索相关研究的理想生境。基于山西农业大学野外观测研究站开顶式气室模拟增温实验平台... 中国北方农牧交错带温性盐碱化草地土壤有机碳库对全球气候变暖的响应趋势存在较大不确定性。作为温性盐碱性草地的典型分布区,山西右玉农牧交错带是探索相关研究的理想生境。基于山西农业大学野外观测研究站开顶式气室模拟增温实验平台,通过采集生长旺季土壤样品,探索温性盐碱化草地不同土层有机碳、氮组分对模拟增温的响应与适应机制。结果表明:(1)不同增温处理对土壤有机碳(C)、总氮(N)、颗粒性有机碳(POM-C)和氮(POM-N)、矿物结合态有机碳(MAOM-C)和氮(MAOM-N)、可溶性有机碳(DOC)和氮(DON),以及微生物量碳(MBC)和氮(MBN)等组分无显著影响,但显著降低了MAOM-C/MBC的比值;(2)除土壤可溶性有机碳和微生物量碳外,土壤碳、氮各组分均随土层深度加深而呈现递减趋势,土壤碳、氮各组分之间的比值,除MAOM-N/N和MBC/C外,均随土层深度的增加而呈现显著上升趋势;(3)增温对POM-N/MBN和MAOM-N/MBN的影响与土层深度存在明显的交互效应;(4)不同土层氮组分比值对增温的响应与禾草丰度、杂类草丰度、凋落物量、土壤pH值及土壤含水量等因素有关。其中,凋落物量和土壤pH值主要影响POM-N/MBN和MAOM-N/MBN,禾草丰度与杂类草丰度则调控POM-N/N的变化,土壤pH值和土壤含水量与MAOM-N/N密切相关。综上所述,温性盐碱化草地土壤有机碳、氮组分对短期内气候变暖存在较强的适应性;同时,相较于土壤碳组分,不同土层氮组分比值对增温处理表现出更强的差异性响应。这些结果有助于理解温性盐碱化草地土壤碳库对未来气候变暖的响应与适应格局,为全球气候变暖背景下我国北方脆弱草地生态系统的保育和恢复提供重要的基础性数据。 展开更多
关键词 全球变暖 土壤碳组分 颗粒性碳组分 矿质结合态碳组分 草地生态系统
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