兴安落叶松天然林3个主要树种单木断面积生长模型

【目的】构建兴安落叶松Larix gmelinii天然林3个主要树种组的断面积生长混合效应模型,提高断面积生长模型的预估精度,为兴安落叶松天然林的林分生长动态研究提供理论参考。【方法】以大兴安岭林区兴安落叶松天然林的主要树种组(兴安落叶松、白桦、栎类)为研究对象,采用4期森林资源连续清查的626块复测样地数据,首先使用多元逐步回归方法建立单木断面积生长模型,其次在最优基础模型的基础上,引入样地随机效应,建立单木断面积生长混合效应模型,最后对模型进行检验。【结果】期初胸径(D)的倒数(1/D)、每公顷株数(N)、大于对象木的胸高断面积和(B_(L))、对象木胸径与林分算数平均胸径之比(B_(L)/D)、海拔(E)以及坡度和坡向的组合(T_(c))对兴安落叶松天然林单木断面积的生长有显著影响(P<0.05)。考虑样地随机效应的混合效应模型的赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)明显降低,对数似然值(LogLik)明显增大。引入异方差函数和自相关结构后,提高了混合效应模型预估的精度;混合效应模型的平均绝对误差(Bias)和均方根误差(RMSE)均比基础模型的低,兴安落叶松、白桦、栎类最优混合效应模型的R^(2)分别由0.435提高到0.658、由0.354提高到0.489、由0.307提高到0.379。【结论】与基础模型相比,考虑层次结构的混合效应模型能显著地改善模型的拟合效果,为内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松天然林的林分生长动态预测提供了具有生物学意义和统计学可靠性的断面积生长模型。

杉木密度间伐试验林林分断面积生长效应

通过对26年生杉木密度试验林进行多次间伐后的结果进行比较研究,结果表明:(1)只要人工林立地条件相同,经过足够长的时间,林分断面积最终趋于一致,与是否间伐无关;(2)随间伐次数增加,获得的木材径阶也逐渐增大,未被间伐的保留木则多为大径材;(3)对于立地指数大于16的杉木宜林地,宜采用高密度造林、多次间伐的经营模式,以生产不同规格用材满足木材市场需求,还可提高林分累积断面积的生长量;对于立地指数小于14的杉木宜林地,应该采用稀植造林,以生产小、中径材为主;(4)应在立地条件好、低密度造林条件下培育大径材林木;(5)在立地指数小于14的杉木宜林地,间伐在促进林分断面积生长方面的贡献并不明显,对林分断面积生长起主要作用的因素是立地质量。

基于混合模型的单木断面积生长模型

森林生长观测数据常常具有层次结构、重复测量等特点,因而不满足普通回归分析中的独立性假设,会得到有偏的参数估计,包含随机效应的混合模型可以灵活地处理这一问题。本文采用混合模型方法,建立东北近天然落叶松云冷杉林中落叶松、红松、云杉、冷杉、慢阔(色木、水曲柳、椴树和枫桦)和中阔(白桦、榆树和杂木)6个树种组的单木5年断面积生长模型。数据来自于20个长期固定观测样地,共得到10756个观测数据,其中随机抽取15个样地的8034个数据用于建模,其他5个样地的2722个数据用于模型验证。建立的模型与距离无关,不需要年龄和立地指数。结果表明:起初胸径、林分密度、立地因子和与距离无关的竞争指数都是显著影响林木生长的因子,在实际调查中,这些数据很容易得到;样地内的树木效应在所有模型中均显著;样地间的随机效应只在落叶松模型中显著。与传统的固定效应模型相比,考虑层次结构的混合效应模型显著地改善了模型的表现,决定系数从0.38～0.64提高到0.85～0.89,误差、均方根误差及其相对值均显著减少。模型有一定的生物学意义和统计可靠性。

基于多水平非线性混合效应蒙古栎林单木断面积模型

以吉林省汪清林业局184块样地中的10 111株蒙古栎为例,首先选用线性函数、Richards函数、Logistic函数、指数函数等7种常用函数形式,分析4个因变量(后期胸径、后期胸高断面积、直径增量和胸高断面积增量)与前期胸径的影响,确定一个用于构建混合效应模型的基础模型。然后确定同时考虑林场效应和林场与样地交互效应时基础模型中最优的形式参数构造形式,利用逐步回归方法确定模型中所包含的林分变量,并分析和比较用来消除异方差的3种常用残差方差函数(指数函数、幂函数和常数加幂函数),最后检验模型预测效果。结果表明:Wykoff模型且因变量为后期胸高断面积拟合效果较好,故作为基础模型;除前期胸高直径(D)外,当考虑坡度正切(ST),对象木胸高直径与样地算术平均直径的比(RAD),样地胸高总断面积(TBA),样地中大于对象木直径所有树木的胸高断面积和(GSBA),对象木胸高断面积与样地算术平均胸高断面积的比(RABA)和对象木胸高断面积与样地胸高总断面积的比(RBA)等林分变量时能进一步提高模型预测精度;对于残差方差,指数函数、幂函数和常数加幂函数都能消除异方差,但幂函数效果最好;当模型同时考虑林场效应和林场与样地交互效应时预测精度最高。

杉木人工林林分断面积生长模型的贝叶斯法估计

以江西杉木人工林为例,以Korf型、Richards型和Hossfeld型3种模型为基础,通过广义代数差分法(GADA)分别建立杉木林分断面积生长模型。结果表明:以Richards型为基础的杉木林分断面积预测精度最高,以Richards型模型为最优模型,分别基于贝叶斯法和传统法(非线性最小二乘法)估计杉木林分断面积生长模型。研究发现,利用贝叶斯法估计杉木林分断面积生长模型,预测精度相当且预测值的可靠性比传统法好。

红松单木断面积生长模型

以吉林省汪清林业局金沟岭实验林场62株红松解析木数据为基础,探讨Hegyi竞争指数对红松单木断面积5 a生长量的影响,并构造线性模型。结果表明:在5 a前年龄5、a前直径、5 a前树高、第一活枝高度、第一死枝高度、活树冠长度、竞争指数等变量中,仅有5 a前树高与对数断面积生长量相关性显著,进入模型,其余指标未能进入模型。

利用树冠竞争因子确定同龄间伐林分的断面积生长过程

断面积生长预估是林分生长和收获预估体系中的核心因子和基础。本文选用了包含林分密度指标、年龄和立地质量指标的Ｒｉｃｈａｒｄｓ 模型作为断面积生长模型。利用树冠竞争因子（ ＣＣＦ） 能稳定反映林分竞争水平的特性，建立了ＣＣＦ 与林分密度指数和单位面积林木株数之间的函数关系式，并对长白落叶松和杉木得出：（１） ＣＣＦ＜ ２００ ，林分为等株数生长；（２）２００ ≤ＣＣＦ≤３００ 时，为等株数生长向自然稀疏生长的过渡期，该期间林分密度指数的变化可用等株数生长和自然稀疏生长的线性组合来表达；（３） ＣＣＦ＞ ３００ 时。

林分断面积生长模型研究评述

林分断面积生长模型是林分生长和收获预估模型体系的主要组成部分。在对常用的断面积生长模型Ｒｉｃｈａｒｄｓ型和Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ型分析的基础上，总结出断面积生长模型研究中应注意的４个问题：（１）选择的自变量应为３个，即立地质量指标、年龄和林分密度指标；（２）间伐林分模型应与未间伐林分模型同时考虑，进而详细介绍了用于间伐林分断面积预估的被压指数法；（３）间伐指标的构造需要伐前和伐后的林分因子；（４）提出的模型应具有多种期望性质，如机理性，渐近性，相容性，单调性和预估步长不变性。

思茅松人工林胸径断面积生长特点与初始抚育间伐期的确定

应用思茅松人工林解析木所获的基础数据,建立了其林木胸径断面积生长量的Logistic曲线回归方程:y=202.134/(1+45.92 e-0.5101 t),依据此回归方程的几何特征,对思茅松人工林取样林分的林木胸径断面积生长量、断面积连年生长量的变化特点作了分析。进而确立并论述了以林木胸径断面积连年生长量确定思茅松人工林初始抚育间伐期的方法。

基于非线性混合模型的落叶松云冷杉林分断面积模型

以吉林省汪清林业局金沟岭林场20块落叶松云冷杉样地为研究对象。首先选择传统的回归方法从4个常用的断面积模型中找出模拟精度最高的模型作为基础模型,利用基础模型及模拟数据构建非线性混合模型,考虑样地效应,采用SAS软件进行模拟,选择模型收敛及其对数似然值、AIC和BIC值最小的混合模型作为最优模型;然后,在此基础上考虑断面积连续观测数据的时间序列相关性,并把间伐强度以哑变量形式考虑进去,再进行混合模型的模拟;最后,利用验证数据对混合模型方法与传统的非线性回归模拟方法进行精度比较。结果表明:林分密度指数作为自变量的Schumacher式的模拟精度最高,而考虑样地效应的混合模型模拟精度优于传统的回归模型方法;一阶自回归误差结构矩阵模型在解释断面积的时间序列相关性时不仅提高了混合模型的模拟精度,而且能够很好地表达连续观测数据间误差分布情况;同时考虑样地的随机效应、观测数据的时间序列相关性及间伐强度的混合模型模拟精度比传统的非线性回归方法模拟精度高。

组合预测法在林分断面积生长预估中的应用

林分断面积生长模型的研究是林分因子建模中的主要对象,研究提高林分断面积生长模型的预测精度十分重要。组合预测法能够对不同模型的预测结果进行组合,把不同模型的预测误差分散化,从而提高预测精度。基于北京山区油松定期清查数据,根据残差的方差最小原则确定组合预测中各模型的权重,将单木水平预测所得的林分断面积与林分水平预测所得的断面积进行组合预测。结果表明:组合预测法预测林分断面积的精度比单一水平(单木水平、林分水平)预测的精度都高,同时组合预测法也改进了林分断面积预测模型的兼容性。

杉木人工林林分断面积分布规律的研究

通过对24年生杉木人工林林分断面积分布规律的研究,得到4点主要结论:1)林分断面积分布特征指标与林分直径分布存在显著的差别;2)林分年龄对林分断面积分布的形状及不均质性具有极显著的影响,林分密度仅显著影响断面积分布的不均质性,而立地对断面积分布影响不显著;3)林分断面积分布偏度、峰度、变异系数均随林分年龄的增大呈增大趋势,且林分年龄对高密度林分的断面积分布影响更为显著;4)林分断面积分布曲线的拐点可作为一种新的分布特征指标,但存在一定的局限性.

杉木人工林单木断面积生长动态模拟

应用面板数据固定效应模型对杉木人工林单木断面积生长规律进行模拟,在模拟过程中,将胸径(DBH)和活冠比例(LCR)作为自变量,又分别加入密度因子和不同类型的竞争指数,同时引入立地条件和林龄效应来解释单木断面积生长过程中的异质性。结果表明:虽然密度因子与竞争指数有较强的相关性,但是在单木断面积生长中都具有不可忽略的重要影响。立地条件与林龄对单木断面积的拟合偏差在不同的林分密度下略有不同,随立地指数或者林龄增加,其对平均单木断面积拟合偏差的影响也增大。

林分断面积组合预测模型权重确定的比较

引入组合预测方法以提高林分断面积预测的精度及2类模型(林分水平模型和单木水平模型)预测林分断面积的兼容性。组合预测法能够充分利用各单个模型的有效信息,从而提高预测精度,而单个模型权重的选取对提高组合预测法的精度至关重要。本研究基于北京山区油松连续清查数据,利用误差平方和法、方差协方差法和最优加权法确定林分断面积组合预测模型的权重。结果表明:组合预测法能够提高预测精度,同时利用最优加权法所建立的林分断面积组合预测模型其预测精度最高,方差协方差法次之,误差平方和法预测精度最低。

杉木林分断面积生长预估模型及其应用

选用包含林分密度指标、年龄和立地质量指标的Ｒｉｃｈａｒｄｓ型和Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ型的生长模型作为杉木断面积生长预估模型，经江西省１４个未间伐林分和３６个间伐林分数据的拟合，表明Ｒｉｃｈａｒｄｓ型优于Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ型，杉木间伐林分和未间伐林分可用统一的断面积预估方程．结合实例指出在采用Ｒｉｃｈａｒｄｓ型方程时，应注意地位指数方程中参数的变化对预估结果的影响．

塞罕坝华北落叶松人工林断面积预测模型

如何实现林分水平和单木水平预测林分断面积的兼容性,并提高不同水平断面积模型的预估精度,在森林经营过程中是一个亟待解决的科学问题。本文以华北暖温带华北落叶松人工林为研究对象,运用105块连续观测的固定样地数据,首先采用Gauss-Newton算法建立林分水平和单木水平断面积生长模型;其次分别采用不同形式的逻辑斯蒂方程对单木生存概率方程进行拟合;最后将不同水平最优预测模型进行组合并建立组合方程,采用最小二乘法估计组合方程参数,以提高对不同水平断面积的预测精度。结果表明:在约束参数法中,林分密度模型、林分断面积预测模型和单木断面积模型均具有较好的预测效果,并均能解释90%以上的变异;在分解法中采用逻辑斯蒂方程来预测单木生存概率和林分密度,经检验获得的ROC曲线下面积为0.906,表明该方程可以较好地预测林木生存概率;在组合预测法中,采用不同水平的最优模型进行组合后的预测效果最佳。在预测林分密度和断面积时,组合预测方程预测精度最高,林分水平模型预测精度次之,单木水平模型预测精度最低。组合预测法能够预测不同水平下的林分密度、立木生存概率、林分断面积及单木断面积,提高了模型预测精度,为预测林分生长动态、空间结构变化及经营效果评价等提供参考依据。

杉木人工林分蓄积和断面积生长率的预估模型

根据江西省杉木人工林的 16块密度试验复测样地数据 (株行距为 :2m× 3m ,2m× 1.5m ,2m× 1m ,1m× 1.5m ,1m× 1m) ,分别不同密度指标、不同年龄、不同预估间隔期和不同林分优势高 ,应用负指数模型对蓄积生长率和断面积生长率进行了模拟 ,模型的拟合效果良好 .给出的经验方程可用于森林经理调查中杉木人工林分蓄积数据的更新 ,并具有灵活、方便。

应用R-分布模拟杉木人工林林分断面积累积分布的研究

以杉木人工林未间伐林分断面积分布为研究对象，在分析3参数Weibull方程模拟分布数据的优缺点的同时，提出了一种由Richards方程所导出的新的分布函数——R-分布，并应用R-分布对不同年龄、不同密度及不同立地指数的杉木人工林林分断面积分布展开模拟．结果表明：①R-分布对林分断面积分布能实现高精度的模拟，且其参数具有深刻的理论涵义；参数P与林分年龄、平方平均直径呈紧密的正相关性，为分布的相对尺度参数；参数q与林分平方平均直径紧密相关，为分布的位置参数，指代林分分布数据的平均大小；参数r决定分布曲线的拐点，为分布的形状参数．②林分断面积累积分布曲线的拐点纵坐标主要存在于0．4～0．6之间，且多数在0．5以上；拐点横坐标及纵坐标受林分年龄、平方平均直径、林分密度及立地指数等林分因子的影响，但不同林分因子的影响程度不一样．③兼用PPM与PRM可能对R-分布的3个参数做出良好的预估．

立式砂仓断面积和高度研究及应用

基于室内实验、集料供排平衡理论、流体动力学理论,提出立式砂仓断面积和高度的计算模型.断面积计算模型的核心是有效沉降速度,通过沉降规律分析,提出有效沉降速度为干涉沉降结束时液面下降高度与沉降时间之比.高度计算模型由压缩层、沉降层、溢流层、储砂空间和稳定放砂高度组成,核心是压缩层高度计算,应用流体动力学理论提出压缩层高度和砂浆浓度的关系式.以某矿立式砂仓为例,计算得到立式砂仓直径D为10 m,砂仓高度H为26.5 m.现场试运行结果表明:砂仓底流体积分数可达44%(质量分数69%),溢流水体积分数控制在3%以下,浓缩效果良好.

杉木、落叶松断面积模型参数比较

断面积模型是全林模型系统中最重要的模型。本文应用南方５省（区）杉木、北方３省长白落叶松标准地，分别建立了１０组断面积模型，进行比较。结果表明，杉木按立地区建模时，虽然优势高生长过程相似，但断面积生长过程却不同，不能使用同一模型参数。杉木按产区建模时，虽属同区同带，断面积生长过程差异仍很大，因此杉木产区也不是建模的依据。东北３省长白落叶松建模结果表明，各省优势高和断面积生长过程接近，模型参数差异不大。