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。

基于混合效应的马尾松单木断面积预估模型

【目的】基于湖南省湘西地区第七、八、九次(2004-2014年)全国森林资源连续清查数据,构建了马尾松单木断面积预估模型,以期为该研究区域马尾松的生长和经营提供科学依据。【方法】林业数据常常具有层次结构、重复测量等特点,不满足传统回归分析中要求的独立、正态分布和等方差的基本假设,因而会得到有偏的参数估计。为解决这一问题,采用了线性混合效应方法来构建模型。此外,还引入了自相关矩阵和异方差函数来描述样地内的自相关性和异方差。最后,根据赤池信息准则(AIC)、贝叶斯信息准则(BIC)、对数似然值(Log-likelihood)以及似然比检验(LRT)确定最终的模型。【结果】期初胸径的倒数(1/DBH)、每公顷断面积(BA)、对象木胸径与林分平均平方胸径之比(RD)以及海拔(EL)对于马尾松单木断面积的生长有显著的影响。在参数效应确定过程中,除海拔外,其余变量参数均为混合参数时模型有最好的表现。在3种随机效应方差-协方差结构中,广义正定矩阵表现最好。与指数函数和常数加幂函数相比,幂函数更好地模拟了模型误差的方差结构。由于引入自相关结构后模型未收敛,因此自相关结构未定义。【结论】与基于最小二乘法的基础模型相比,考虑层次结构的混合效应模型显著地改善了模型的表现,所构建的模型有一定的生物学意义和统计可靠性。

含间伐强度哑变量的关帝山油松天然林单木断面积生长模型构建

以关帝山林区9块油松天然林固定样地为研究对象,选择4种具有生物学意义理论生长方程,构建包含立地条件、年龄及竞争指标的油松单木断面积基础模型,将间伐强度作为哑变量引入模型,比较模型拟合效果的差异。结果显示:单木断面积基础模型决定系数R^(2)为0.46~0.52,P值为0.89~0.92,含间伐强度哑变量的单木断面积生长模型R^(2)和P值均有显著提高,分别为0.51~0.61和0.95~0.99;含间伐强度哑变量的Weibull方程拟合效果最优,其模型R^(2)为0.6061,P值为0.9912。含哑变量的油松单木断面积生长模型可以有效解决间伐类型差异对断面积预估的影响,提高建模精度与模型适用性。

与距离无关竞争因子对单木断面积生长的影响

与距离无关的竞争因子广泛应用于林木生长模型的构建及预测,对于林分生长过程的准确预测、森林经营管理的科学调控具有重要作用。该文对竞争因子的概念及分类、与距离无关竞争因子与断面积生长的关系、单木断面积生长模型构建的方法等关键问题进行了论述,并对竞争因子有待深入研究的方向进行了展望。