[发明专利]一种测量林窗面积的方法

说明书

技术领域

本发明涉及林学与生态学，具体地说是一种用来测量林窗面积的方法。

背景技术

自1947年Watt提出林窗(forest gap)概念以来，国外开展了许多相关研究，其中林窗更新是关注的焦点之一，以林窗更新为基础的森林循环(forest recycle)理论也逐渐被更多的学者接受。林窗的形成改变了林窗内的资源(光、温、水、土壤养分等)有效性，并导致资源的分布不均；这种变化的强度主要受林窗特征、坡向和地形等因素影响。林窗特征主要包括林窗面积、形状、天顶角(gap aperture)以及林窗边缘木的高度，其中林窗面积是林窗最重要的特征，主要有两种定义：林冠林窗(canopy gap)和扩展林窗(expanded gap)，前者定义为林窗边缘木冠层垂直投影面积，后者定义为胸径大于20cm的林窗边缘木树干所围成的面积。林窗面积常被用作反映林窗内光环境和其它资源有效性的间接指标，也是计算森林循环速率(forest recycle rate)的依据，前者的准确性直接影响后者的估测结果。因此，快速准确地测量林窗面积是生态学家们关注的焦点。目前测量林窗面积的方法较多，这里介绍3种：(1)椭圆法(Ellipse Method)，将林窗近似成椭圆，测量林窗最长轴和与其垂直方向上的最长轴分别当作椭圆的长、短轴来估测林窗面积；(2)等角8边形法(Equiangular Octagon Method，EOM)，测量林窗中心到8个均分罗盘方向的距离，将林窗近似成等角八边形来估测其面积；和(3)等角16边形法(Equiangular Sixteen-gon Method，ESM)，测量林窗中心到16个罗盘方向的距离，将林窗近似成等角十六边形来估测其面积。前两种方法使用较多，椭圆法最简单，使用较多，但精度差，尤其当林窗形状复杂时，其误差较大。等角16边形法由等角8边形法演变而来，将林窗细化成更多部分，因此，精确度好于前者，但更耗时，将这类方法可统称为等角多边形法(Siogon Methods，SMs)。有研究表明等角8边形法和等角16边形法都会低估林窗的面积；如何找到即精确又易操作的方法就成为该研究方面的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确且易操作的测量林窗面积的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：把从林窗中心沿多个均分罗盘方向到林窗林冠边缘的距离中相邻两者之间的面积看作一个椭圆扇形，以这些椭圆扇形面积之和估测林窗面积(称为等角椭圆扇形法，Equiangular Elliptic Sectors，EESs)。其中椭圆扇形面积的计算步骤：首先确定椭圆参数，利用标准椭圆极坐标方程得出椭圆扇形面积中间值的具体椭圆极坐标方程，再对椭圆扇形面积中间值进行积分计算得出林窗的椭圆扇形；

其中所述椭圆扇形面积的计算，具体参数为：设定l_i和l_i+1是从林窗中心点到林冠边缘两个相邻的距离，设定l_i和l_i+l是从林窗中心点到林冠边缘两个相邻的距离，把l_i和l_i+1中大的值设定为椭圆的长半轴(a_i)，小的值设定为该椭圆上一条椭圆弧线半径(R_i)，采用公式标准椭圆极坐标方程(1)，根据长半轴(a_i)和半径(R_i)求得椭圆的短半轴(b_i)，确定分别以长半轴(a_i)、短半轴(b_i)为参数的具体的椭圆极坐标方程公式(3)，再根据公式(4)积分可求得该椭圆扇形(A_i)的面积；