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森林排列空间结构分形地统计描述及其与热场之间的关系研究

杜华强  
【摘要】:本研究根据遥感数据,归纳了5种具有不同空间构形、空间分布状况的森林地段即块状皆伐地类型、斑块类型、线形类型、树枝类型和面状类型,并把它们定义为森林排列。如何表达不同森林排列空间结构信息,建立空间结构与热场之间的关系,以及它们对森林经营管理的意义是本文主要目的意义所在。在第一部分中,研究着眼于森林排列空间结构信息的数学表达,主要利用分形几何与空间统计学如地统计学、尺度方差分析等的相关原理、方法,分别从森林排列空间破碎特征、多尺度特征、空间异质性、空间构形和分布等几个方面研究了不同森林排列空间结构特征及其差异;第二部分主要从遥感数据中反演了不同森林排列的亮温,并采用分形技术分析了不同森林排列的热场空间分布格局,提出构建热场与空间结构之间的定量关系的思想,然后以空间结构分析的结果为基础,以热场作为一个环境因子,建立了热场与空间结构之间的关系并探讨它们在林业中意义;第三部分以Matlab6.1为平台,设计开发完成了遥感数据分形与地统计分析为主的软件系统的主要部分,将空间统计与分形分析中的复杂算法程序化、可视化。通过大量研究,本文取得了以下一些进展和创新: 1、针对森林排列定义的内涵,采用F1、EPP、IPP和FCP四个森林破碎指数,对不同森林排列空间破碎特征及意义进行了分析评价。 2、掌握了不同森林排列空间等级尺度突变的规律,即块状皆伐地和斑块类型在较小的空间等级尺度上尺度方差变化剧烈;线形排列和面状排列在较大的空间等级尺度上发生突变;树枝排列居于二者之间。指出如把起重要作用的尺度作为一个独立变量引入森林经营的具体实践中的重要性,为进行多层次、多尺度森林经营管理从手段和方法上做了尝试和探索。 3、通过球状模型和指数模型的对比分析表明,指数模型γ(h)=C_0+C(1-e~(-h/a)能够更好的用来描述森林排列的空间结构特征。对不同森林排列,模型参数的差异揭示了其空间格局结构的本质区别。对模型参数分析表明,不同森林排列空间异质性尺度具有“斑块状皆伐地类型斑块排列线形排列树枝排列面状排列”的规律,且空间异质性尺度与尺度方差突变剧烈的尺度基本对应,进一步说明不同排列对生态功能和过程其重要作用的尺度不同。 4、不同森林排列具有分形特征,分形性质客观存在,说明利用分形这一新的非线性理论作为手段描述不同森林排列空间构形、分布及其差异是一条可取的途径。采用并改进盒维数算法和三角棱柱算法两种方法计算了不同森林排列的分形维数,两种算法具有一致的结果即“块状皆伐地斑块类型线形树枝排列面状排列”的规律。造成不同森林排列分形维数的大小关系的因素包括光谱特征、空间异质性以及空间破碎状况等,说明不同森林排列分形特征形成机制与它们本身的空间结构有关;也说明


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