杉木林分生长与环境交互过程可视化模拟研究

论文摘要

林分生长离不开生长机制的约束以及与环境的交互作用,传统经验生长方程已经不能满足林业工作者对林分生长过程日趋精细化模拟的需求,基于生理生态过程的机理模型、混合模型应运而生并被广泛用于森林经营管理、森林动态模拟甚至可视化系统当中。为了探究基于生理生态过程的林分生长机理模型在可视化系统当中的应用效果,更真实的模拟林分环境、林分结构对其生长过程的影响,本文以机理模型为基础,建立林分级别的生长过程模型,得到林分整体生长量。从环境、结构两个角度出发,分别建立林分环境竞争因子和基于邻木竞争效应的结构加权系数,并综合成每木竞争势,用以作为分配林分生长的依据,实现从整体到个体的生长量分配过程。为了验证本文提出方法的有效性,本文实现了林分生长可视化模块,其仿真结果能够较好地反映环境交互作用下林分的生长规律。本文的主要研究内容包括以下几个方面:1、本文从林分生长的生理生态规律出发,以机理模型为基础,建立了林分生长的过程模型,模拟了林分能够固定的最大生物量。考虑环境因子对林分生产的干扰,建立了环境因子模型,并对林分的生产量进行修正,得到了模拟时段林分所能固定的真实生产量。2、从林木个体间的竞争这一角度出发,将林木竞争分解成对资源的竞争以及邻木间的空间竞争,分别建立了林木个体的资源竞争因子和结构加权系数,并综合成统一的竞争指标并制定林分整体生长量向个体分配的规则,完成了林分环境、结构与生长的交互作用耦合。3、在这些模型和方法的基础上,以湖南省攸县黄丰桥国有林场的杉木林分为例,进行了林分生长可视化模拟的应用实例,实现不同详细程度、不同模拟尺度的林分乃至景观信息的可视化表达。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.1.3 项目支持
• 1.2 国内外研究现状与评述
• 1.2.1 林分生长模型的研究现状
• 1.2.2 林分生长可视化技术的研究现状
• 1.2.3 国内外研究的趋势和存在的问题
• 1.3 研究目标和主要研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.3.3 研究方法
• 1.3.4 技术路线
• 第二章 林分生长生理生态过程表达与建模
• 2.1 林分生长的生理生态过程与表达
• 2.1.1 森林生态系统的生理生态基础
• 2.1.2 林分生长的生理生态过程表达
• 2.2 林分生长的生理生态过程模型的建立
• 2.2.1 生物量生产模型
• 2.2.2 水分平衡模型
• 2.2.3 净生产量分配模型
• 2.2.4 碳平衡及养分循环模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 林分环境、结构与生长的交互作用模拟
• 3.1 林分环境对生长的影响
• 3.1.1 林分环境因子建模
• 3.1.2 树木资源竞争效应
• 3.2 林分结构对生长的影响
• 3.2.1 林分结构对生长的影响
• 3.2.2 邻体树木竞争效应
• 3.3 林分环境、结构与生长的交互作用耦合与表达
• 3.3.1 交互作用耦合规则
• 3.3.2 林分整体生长量的个体分配规则
• 3.4 本章小结
• 第四章 林分生长可视化模拟模块开发
• 4.1 系统模块需求分析
• 4.1.1 模块描述
• 4.1.2 性能要求
• 4.1.3 功能需求
• 4.2 系统模块结构设计
• 4.2.1 设计目标
• 4.2.2 模块流程及功能
• 4.3 系统模块开发与实现
• 4.3.1 模块开发环境
• 4.3.2 模块运行环境
• 4.3.3 模块功能和算法实现
• 4.4 应用实例
• 4.4.1 试验区概况
• 4.4.2 模块功能应用实例
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与讨论
• 5.1 结论
• 5.2 讨论
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢
• 摘要