[发明专利]高分辨率土地利用及森林景观过程耦合模拟系统及方法

权利要求书

1.一种高分辨率土地利用及森林景观过程耦合模拟系统，其特征在于：包括土地利用变化模块以及森林演替模块；

所述土地利用变化模块在神经网络模型基础上，利用自适应惯性竞争机制计算未来不同社会经济和自然条件下土地利用格局变化；所述森林演替模块为在大时空尺度上模拟森林景观变化的空间直观景观模型，根据4个GSO阈值来定义林分发展的不同阶段，该模块模拟森林演替、种子扩散、林火、采伐、风倒、病虫害以及可燃物处理过程对森林生态系统结构与功能的影响；在树种、林分和景观尺度上该模块分别模拟树种更新、生长、死亡及林分动态变化对森林生态系统的影响；在树种尺度上模拟单个树木的更新、生长、死亡和繁殖过程；在林分尺度上模拟物种建群、自稀疏、林下再生和成熟过程；景观尺度上则通过跟踪树种的存在与消失来模拟森林演替、种子传播、种间竞争、林火、采伐、风倒、病虫害和可燃物处理过程；

所述树木的生长是由生长空间决定的，生长空间是指能够为植物生长提供养分、水和光照的面积；在有限的生长空间里，不同树种为获取更多的生长空间而竞争，从而引起树种死亡和幼苗建群；在森林演替模块中，生长空间是通过林分密度指数(SDI)、胸径(DBH)和立木密度(TPA)计算得到的，其中林分密度指数公式如下：

式中：TPA为立木密度，即单位面积内高度超过5cm的所有活立木总数；DBH为胸径，是指离地表1.3m处立木主干的直径；

所述树木的繁殖是在林火或采伐导致的树木死亡或干旱导致的树木生理破坏之后，树木通过根蘖方式繁殖；在森林演替模块中，潜在萌发数和幼苗建群数是通过估算每个年龄级上树木的株数得到的，幼苗潜在萌发数PPS计算公式如下：

PPS＝NDT×VP

式中，NDT指某一树种死亡株数，VP指这一树种的无性繁殖概率；

所述种子传播是一个空间过程，种子传播概率P由以下公式得出：

P＝e^-b(x/MD)Ed＜x＜MD

式中，MD为某一树种的最大传播距离；x指到种源的距离；b是种子传播参数；ED为该树种的种子有效传播距离；e是指以自然常数e为底的指数函数；

所述自稀疏是不同树木个体由于对光、水、热量和营养条件竞争，随着生长的进行，个体间的差异越来越大，处于劣势的树木个体枯死，即随着森林演替进行而个体密度逐渐降低的过程；-3/2自疏线和占据生长空间(GSO)被用来模拟林分发展过程中的自稀疏过程，具体公式如下：

式中，DBH_v和NT_V分别指某一树种在第V径级的平均胸径和株数；10inch指胸径为10英寸(25.4cm)的标准树；timestep为模拟步长；ha为公顷；site_area为像元大小。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨率土地利用及森林景观过程耦合模拟系统，其特征在于，所述4个GSO阈值包括：GSO₁占据部分生长空间阶段，除最耐阴的树种外，所有到达的树种都萌芽并建群；GSO₁＝1，林冠郁闭阶段，此时只有最耐阴的树种才能萌发并建群；GSO₃，树种已经占据全部生长空间，激烈的竞争导致所有树种都不能建群；GSO_thinning，自稀疏阶段，林分密度开始降低。