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《东北林业大学》 2007年
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森林生态效益模型及GIS空间分析系统开发

刘盛  
【摘要】: 森林资源是森林生态效益的载体,森林资源的空间分布决定森林生态效益的空间分布。当GIS技术为生态效益的空间分析提供了可能的技术支持后,在准确计量森林生态效益的物理量和货币量的前提下,对其进行空间分析,提供即有量化又有可视化的研究成果,可大大提高经营决策者的决策质量和水平。 本课题在系统地总结了前人对森林生态效益研究成果的基础上,又进一步分析借鉴了GIS空间分析技术的研究成果,构建了广义森林生态效益空间分析的理论与技术框架。 由于森林生态效益模型是一簇模型的集合,所以从模型集合的整体考虑要比单个建模好的多。在指明了似乎不相关模型与联立方程组模型的模型结构基础上,指出似乎不相关模型在一定条件下是联立方程组模型的一个特例。本文设定的联立方程组问题至少具有如下特征:①方程组中可以引进非线性模型;②可用多种估计方法求解,如FIML、3SLS估计;③有可靠权威的统计分析软件(SAS)求解参数。 进一步探讨了似乎不相关模型与联立方程组模型的可识别性,对于恰好可识别和过度可识别分别指明了其适用的参数估计方法。给出了2阶段最小二乘估计(2SLS)、间接最小二乘估计(ILS)、3步最小二乘估计(3SLS)的估计方法。构建了森林生态效益联立方程组模型,根据来自全国1999—2000年的经过变量标准化处理的生态定位观测资料构建了基于权威软件SAS软件包的脚本文件,对基于SAS的3SLS、2SLS和ILS三种方法的参数估计结果进行了比较。这一研究使繁杂的计算简单化,可为同类研究提供借鉴。 利用GIS二次开发COM组件MapObjects在Visual Basic6.0开发工具下,研制了森林生态效益线性空间分析系统(FLMSA)。该系统支持Shapefile、CAD、Coverage和SDE等多种格式的图层文件,除了具有一般GIS软件的功能外,能够自动提取点、线、面的质心点坐标等;能够进行公里网格和经纬度坐标的相互转换;根据一类调查的固定样地数据或二类调查的林分(小班)调查数据能够进行森林涵养水源、固土保肥、碳储量等13种森林生态效益的物理量和货币量计算;能够输出可视化的空间分布图表。作为森林生态效益计算及空间分析研究的专用软件,具有广阔的应用前景。 计算了吉林省蛟河北华大学林学院实验林场30年间4次二类调查数据,发现森林生态效益总体呈现下降的趋势,其1974年的森林生态效益货币总量是9467万元/a,2002年为8674万元/a;减少了8.37%。由于研究地域森林资源保存较好,因此,森林生态效益货币量减少的幅度并不是很大。 利用本文给出的林分碳储量估算模型,计算了研究地域的碳储量,发现:1994年是2358004t,到2002年是2443035t,增加了85031t。其间对森林进行主伐和抚育间伐活动损失森林蓄积量是253707m~3,按采伐的林分类型核算出碳储量为158785t。也就是说,通过森林的生长,研究地域8年间碳储量增加243816t,即有林地每公顷平均每年固碳量是1.10t/(hm~2.a)。 利用一类调查的1567块固定样地数据,计算出黑龙江省森工林区2000年12种森林生态效益货币总量为193.1289亿元/a。另外,碳储量为4.4158亿吨,价值560.67亿元。在12种森林生态效益中,森林涵养水源效益、森林吸收二氧化碳效益、森林净化大气效益和森林固土效益占有主导地位,这四项占到了总效益的88.5%。分析表明,森林生态效益货币总量大多数分布在1500—3000元/hm~2的范围内。 本论文研究结果表明,在当今技术条件下,地理信息系统与森林生态效益评价相结合具有广阔的应用前景。本文构建的广义森林生态效益空间分析理论与技术框架及森林生态效益线性空间分析系统(FLMSA)可为目前广泛开展的碳汇贸易、林业生态工程效益评价、森林生态效益补偿研究等提供借鉴。研制的FLMSA对于不同类型的数据具有很好地适应性,模型参数的可维护性非常友好。利用固定样地数据可以进行大尺度的森林生态效益计算,利用二类调查数据也可以进行较小尺度的森林生态效益计算;可作为同类研究的工具性软件。
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