[发明专利]一种测量林窗立体结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及林学与生态学中领域中关于林窗特征的测量方法，具体地说是一种测量林窗立体结构的方法。

背景技术

林窗(gap)指由一株以上林冠层树木死亡而形成的将由新个体占据与更新的空间，这一概念伴随森林循环的研究而产生。林窗干扰是森林群落中经常发生的重要的小尺度干扰，已成为当前森林生态学研究最活跃的领域之一。光是林窗中变化最剧烈的环境因子，由于受太阳高度角和方位角的日变化和季节性变化、复杂的林窗立体结构(主要指大小、形状、不同方位林窗边缘木冠层高度)以及林窗微地形的影响，林窗光照不仅存在日变化和季节变化，同时也表现出复杂的三维空间异质性。同时，光照的时空变化也引起林窗内地表温度、空气温/湿度等热力特征发生相应变化，而光照环境和热力特征又会影响土壤水分、理化性质、营养元素分解、土壤微生物活性等环境因子，从而导致林窗环境因子的异质性。由于光在林窗中不均匀分布且林窗中直接入射光存在日时间和季节性的变化，所以测量林窗内光环境十分困难。由于太阳高度角和方位角的变化，林窗中不同位置接受到的光照差异十分大，所以直接测量方法(如照度计和光量子探头)均只能监测到林窗中有限数量监测点的光照强度在监测时间里的变化。其它一些间接测量光环境的方法(鱼眼镜头法)虽具有简单、快速等优点，但一次也只能测量某一点的光照环境。此外，这些方法仅能估测林窗光照在同一平面上的变化。然而，植株的叶片分别位于不同的高度层，因此，测量林窗内距地面不同高度层的光照异质性才能准确地获得植物的光照环境。Canham提出的林窗光指数(gap light index，GLI)可估测林窗任意位置的光照条件。林窗立体结构是影响林窗内光照的重要因素，因此，是GLI的关键参数。GLI把林窗的立体结构简化为垂直圆柱体。林窗立体结构主要包括林窗大小、形状以及每个方位林窗边缘木冠层的高度。虽然已有不少测量林窗大小的方法，但至今，并没有一种简单、客观、通用的测量林窗大小的方法；同时，对林窗形状的测量研究极少，不少研究者简单地按照林窗长轴与短轴的比值把林窗划分为线形和非线形两类；此外，目前还没有研究涉及林窗边缘木在不同方位的冠层高度的测量方法。因此，找到一种快速、客观、准确测量林窗立体结构的方法对于林窗光照的研究具有重要意义。

发明内容

为弥补现有技术中林窗立体结构测量方法的技术空白，本发明的目的在于提供一种能够客观、精确且易操作的测量林窗立体结构的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

在林窗中任意一个位置的不同高度用装配鱼眼镜头的数码相机垂直向上拍摄两张半球面影像；测量林窗参数；对两张半球面影像进行处理，记录相片中林窗林冠边缘点的坐标；根据鱼眼镜头的投影原理和各坐标点及林窗参数计算林窗的面积、形状以及每个方位林窗林冠的高度。

其中所述半球面影像的拍摄要求为：选择无风、全阴天在林窗内任意位置，将装配有鱼眼镜头的数码相机安置在三角架上，在不同高度垂直向上拍摄2张半球面影像；拍摄时相机光圈调至最小，焦距调至无穷远，确保半球面影像的正上方为罗盘正北方向；所述采用图像处理软件处理半球面影像，是以半球面影像的中心点为中心从0度方位角开始并以固定角度间隔记录相片中林冠边缘点的坐标，每张相片共记录n＝360/g个坐标点；所述林窗参数包括坡度及坡向。

把林窗近似成n边形，通过以下公式计算林窗面积：