典型亚热带人工林三维结构对降雨分配的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 郝晓博 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 刘宇 |
| 关键词 | 森林垂直结构 LiDAR 亚热带森林 降雨分配 红壤丘陵区 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 森林的树种组成及其固有的冠层结构直接或间接地影响森林生态系统的降雨分配等水文过程。深入研究植被冠层的垂直结构对降雨分配的影响，有助于提高降雨分配模拟的准确性，加深对森林水文过程的理解。激光雷达(LiDAR)技术能够量化森林冠层的垂直和水平结构。将基于该技术获取的高分辨率三维空间数据与降雨截留估算方法相结合，可为森林生态系统水文效应的定量研究提供重要支持。本研究以亚热带典型人工林中的木荷(Schima superba)林和湿地松(Pinus elliottii)林为对象，利用2023-2024年森林降雨分配的野外连续观测数据和多期森林无人机LiDAR观测数据，提取了冠层平均高度(Hmean)、冠层偏度(Hskewness)、累积叶面积指数(cLAI)等三维特征变量，并采用多元线性回归方法建立穿透雨、树干茎流和冠层截留的预测模型，实现了流域尺度上的降雨分配模拟。研究取得的主要结果如下： (1)木荷林的穿透雨、树干茎流和冠层截留分别占降雨量的62.1%、2.8%和35.1%；湿地松林的穿透雨、树干茎流率相对较低，分别占降雨的56.7%和0.1%，冠层截留率相对较高，占降雨量的43.2%。 (2)降雨量是影响降雨分配的关键降雨特征，其与各降雨分配量之间呈显著的线性关系(R2≥0.58)，且木荷林的降雨分配量与降雨量之间的线性关系较湿地松林显著。各降雨分配量占降雨的比率与降雨量之间呈指数函数关系(R2≥0.40)，而在湿地松林中该指数关系相较于木荷林更显著。 (3)观测发现木荷林与湿地松林穿透雨的观测降雨量阈值(0.8 mm vs 1.0 mm)略低于线性模型计算值(0.9 mm vs 1.2 mm)，而树干茎流的观测降雨量阈值(1.4 mm vs 3.3 mm)高于线性模型计算值(0.3 mm vs 4.3 mm)。 (4)利用无人机LiDAR数据结合区域生长算法和人工矫正，成功实现了单木分割(树高分割精度R²=0.98，冠幅R²=0.91)，验证了其在亚热带人工林冠层三维重建中的可靠性。木荷林单株高度变异系数高(HCV=0.23)、树高分布呈下偏(Hskewness=-1.66)，反映出多世代林木共存特征；湿地松林则呈现均一的垂直结构(HSD=1.70 m，HCV=0.08)，印证了传统人工林经营下的森林形态趋同的特点。 (5)利用2023-2024年地面观测的降雨分配数据和无人机激光雷达遥感点云提取的三维结构特征变量建立了降雨分配的多元线性回归模型。结果表明，两种人工林中的穿透雨率(TR)主要受冠层平均高度(Hmean)和累积叶面积指数(cLAI)调控。对木荷林树干茎流率(SR)模型，冠层平均高度(Hmean)和冠层覆盖度(CC)拟合结果相对最好(R²=31%)。两种人工林的冠层截留模型中冠层平均高度(Hmean)和冠层覆盖度(CC)拟合结果相对最好(R²=21%)。 (6)利用建立的多元线性回归模型，基于5m×5m格网的模拟显示：研究区木荷林穿透雨率稳定值为74.78%~76.25%，树干茎流率稳定值为5.18%~5.80%，冠层截留率稳定值为21.46%~23.79%；湿地松林降雨分配的穿透雨率稳定值为62.22%~62.80%，树干茎流率稳定值为1.00%~1.27%，冠层截留率稳定值为38.06%~39.26%。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 90 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/215702]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郝晓博. 典型亚热带人工林三维结构对降雨分配的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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