基于生物量轉(zhuǎn)換因子法估計(jì)區(qū)域尺度生物量的不確定性評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及區(qū)域尺度生物量估計(jì)的不確定性分析領(lǐng)域，特別是一種基于生物量轉(zhuǎn) 換因子法估計(jì)區(qū)域尺度生物量過程中的不確定性評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 區(qū)域尺度生物量估算和不確定性分析是聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì) (IPCC)指南明確規(guī)定的報(bào)告內(nèi)容之一。目前大尺度森林生物量估算的方法主要有IPCC法、 生物量回歸模型法和生物量轉(zhuǎn)換因子（BEF)法。國際上現(xiàn)有的不確定性評(píng)估方法一般針對(duì) 基于生物量回歸模型法的生物量估算，而針對(duì)基于BEF法的不確定性分析非常缺乏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)基于BEF法估算區(qū)域尺度 生物量的不確定性評(píng)估方法，同時(shí)有效提高BEF法估算大尺度森林生物量的準(zhǔn)確度和估計(jì) 精度。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種基于生物量轉(zhuǎn)換因子法估計(jì)區(qū)域尺度生物量的不確定性評(píng) 估方法，其特征在于，包含如下步驟：
[0005] 步驟一：分別建立單木生物量模型和單木材積模型。
[0006] (1)建立單木生物量模型
[0007] 基于建模數(shù)據(jù)，以單木生物量實(shí)測(cè)值為因變量，胸徑、樹高等測(cè)樹因子為自變量， 建立單木生物量模型，表達(dá)式如下：
[0009] 其中，g為單木生物量實(shí)測(cè)值，D為胸徑實(shí)測(cè)值，H為樹高實(shí)測(cè)值，α。、a i、α 2為模 型參數(shù)，ε為模型殘差，模型估計(jì)采用普通最小二乘法。
[0010] (2)建立單木材積模型
[0011] 以單木材積實(shí)測(cè)值為因變量，胸徑、樹高等測(cè)樹因子為自變量，建立單木材積模 型，表達(dá)式如下：
[0013] 其中，V為單木材積實(shí)測(cè)值，D為胸徑實(shí)測(cè)值，H為樹高實(shí)測(cè)值，β。、β i、β 2，為模 型參數(shù)，ε為模型殘差，模型估計(jì)采用普通最小二乘法。
[0014] 步驟二：隨機(jī)抽取N個(gè)樣地，估算樣地BEF及相應(yīng)誤差。
[0015] (1)基于調(diào)查數(shù)據(jù)和步驟一所建模型，估算樣地內(nèi)單木生物量和單木材積
[0016] (2)對(duì)單木生物量和材積求和推算樣地生物量和材積，表達(dá)式如下：

[0019] 其中，j為樣地序號(hào)，j = 1，…，n ;i為單木號(hào)，i = 1，…，nj，Iij為第j號(hào)樣地內(nèi)樣 木株數(shù)。
[0020] (3)估算樣地BEF，表達(dá)式為：
[0022] (4)估算BEF均值
及BEF誤差值
表達(dá)式如下：
[0025] 其中，k表示第k次循環(huán)。
[0026] 步驟三：重復(fù)步驟二數(shù)以千次，估算BEF均值和評(píng)估BEF不確定性。
[0027] (1)假設(shè)重復(fù)步驟二叫次，估算BEF均值和相應(yīng)不確定性，表達(dá)式如下：
B1為所有循環(huán)過程之間 的誤差，B2是單次循環(huán)過程內(nèi)的誤差。
[0031] (2)評(píng)估BEF不確定性，表達(dá)式如下：
[0033] 步驟四：估算區(qū)域尺度生物量，評(píng)估生物量不確定性。
[0034] (1)按樹種估算區(qū)域內(nèi)總蓄積，表達(dá)式如下：
[0036] (2)估算區(qū)域尺度生物量，表達(dá)式如下：
[0038] (3)評(píng)估生物量不確定性，表達(dá)式如下：
[0039] Ub= Ubef · Vtotalo
[0040] 本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)包括：（1)提供了一種針對(duì)基于BEF法估算區(qū)域尺度生物量的不確 定性評(píng)估方法；（2)即評(píng)估了生物量不確定性，也評(píng)估了 BEF不確定性；（3)有效提高BEF法 估算大尺度森林生物量的準(zhǔn)確度和估計(jì)精度。
【附圖說明】
[0041 ] 圖1為本發(fā)明的實(shí)施流程簡(jiǎn)圖。
[0042] 圖2是BEF估計(jì)和不確定性評(píng)估模擬趨勢(shì)。
[0043] 圖3是BEF頻率直方圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 實(shí)施例1
[0045] 試驗(yàn)數(shù)據(jù)以馬尾松為對(duì)象，分為建模數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)：
[0046] 建模數(shù)據(jù)為固定樣地馬尾松實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，包括胸徑（cm)、樹高（m)和林木地上部分 干質(zhì)量（kg)。
[0047] 調(diào)查數(shù)據(jù)為固定樣地連續(xù)清查數(shù)據(jù)（胸徑），樣地面積為0. 067ha，起測(cè)直徑均為 5cm，樹高通過單木胸徑和樹高曲線模型進(jìn)行估測(cè)，此處不做展開。
[0048] 本發(fā)明為一種基于生物量轉(zhuǎn)換因子法估計(jì)區(qū)域尺度生物量的不確定性評(píng)估方法， 具體步驟如下：
[0049] 步驟一：分別建立單木生物量模型和單木材積模型。
[0050] (1)建立單木生物量模型
[0051] 基于建模數(shù)據(jù)，以單木生物量實(shí)測(cè)值為因變量，胸徑、樹高等測(cè)樹因子為自變量， 建立單木生物量模型，表達(dá)式如下：
[0053] 其中，g為單木生物量實(shí)測(cè)值，D為胸徑實(shí)測(cè)值，H為樹高實(shí)測(cè)值，α。、a i、α 2為模 型參數(shù)，ε為模型殘差，模型估計(jì)采用普通最小二乘法。
[0054] (2)建立單木材積模型
[0055] 以單木材積實(shí)測(cè)值為因變量，胸徑、樹高等測(cè)樹因子為自變量，建立單木材積模 型，表達(dá)式如下：
[0057] 其中，V為單木材積實(shí)測(cè)值，D為胸徑實(shí)測(cè)值，H為樹高實(shí)測(cè)值，β。、β ρ β 2，為模 型參數(shù)，ε為模型殘差，模型估計(jì)采用普通最小二乘法。
[0058] 步驟二：隨機(jī)抽取N個(gè)樣地，估算樣地BEF及相應(yīng)誤差。
[0059] (1)基于調(diào)查數(shù)據(jù)和步驟一所建模型，估算樣地內(nèi)單木生物量和單木材積
[0060] (2)對(duì)單木生物量和材積求和推算樣地生物量和材積，表達(dá)式如下：
[0063] 其中，j為樣地序號(hào)，j = 1，…，n ;i為單木號(hào)，i = 1，…，I^nj為第j號(hào)樣地內(nèi)樣 木株數(shù)。
[0064] (3)估算樣地BEF，表達(dá)式為：
[0066] (4)估算BEF均值（)及BEF誤差值（咖，(馬產(chǎn)）），表達(dá)式如下：
[0069] 其中，k表示第k次循環(huán)。
[0070] 步驟三：重復(fù)步驟二數(shù)以千次，估算BEF均值和評(píng)估BEF不確定性。
[0071] (1)假設(shè)重復(fù)步驟二叫次，估算BEF均值和相應(yīng)不確定性，表達(dá)式如下：
B1為所有循環(huán)過程之間 的誤差，B2是單次循環(huán)過程內(nèi)的誤差。
[0075] (2)評(píng)估BEF不確定性，表達(dá)式如下：
[0077] 步驟四：估算區(qū)域尺度生物量，評(píng)估生物量不確定性。
[0078] (1)按樹種估算區(qū)域內(nèi)總蓄積，表達(dá)式如下：
[0080] (2)估算區(qū)域尺度生物量，表達(dá)式如下：
[0082] (3)評(píng)估生物量不確定性，表達(dá)式如下：
[0083] Ub= Ubef · Vtotalo
[0084] 如圖2所示，采用上述方法經(jīng)Monte Carlo法模擬不到200次，生物量估計(jì)值和不 確定性相對(duì)生物量的所占比例均趨于穩(wěn)定，本發(fā)明有效提高了 BEF和不確定性估算的穩(wěn)定 性和可靠性。
[0085] 本發(fā)明不僅可以更加準(zhǔn)確地估算生物量和BEF值，還可以精確量化生物量和BEF 值的不確定性值，如圖3和表1所示，BEF的概率分布呈很好的正態(tài)分布特征，且集中在 0. 63t/m3, BEF不確定性為0. 042t/m3。生物量不確定性相對(duì)生物量估計(jì)值約6. 71 %。
[0086] 表1BEF和生物量估計(jì)及不確定性評(píng)估統(tǒng)計(jì)表
[0087]
[0088] 如上所述，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明所述實(shí)施例和說明書僅描述了本 發(fā)明的主要特征，不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明還可以有很多變形，例如采用其 他生物量模型或材積模型形式，由此所引申出的顯而易見的變化都包含在本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于生物量轉(zhuǎn)換因子法估計(jì)區(qū)域尺度生物量的不確定性評(píng)估方法，其特征在 于，包含如下步驟： 步驟一：分別建立單木生物量模型和單木材積模型。 (1) 建立單木生物量模型 基于建模數(shù)據(jù)，以單木生物量實(shí)測(cè)值為因變量，胸徑、樹高等測(cè)樹因子為自變量，建立 單木生物量模型，表達(dá)式如下： g-a{)D(/llu--\-ε； 其中，g為單木生物量實(shí)測(cè)值，D為胸徑實(shí)測(cè)值，Η為樹高實(shí)測(cè)值，α。、αρα2為模型參 數(shù)，ε為模型殘差，模型估計(jì)采用普通最小二乘法。 (2) 建立單木材積模型 以單木材積實(shí)測(cè)值為因變量，胸徑、樹高等測(cè)樹因子為自變量，建立單木材積模型，表 達(dá)式如下：其中，ν為單木材積實(shí)測(cè)值，D為胸徑實(shí)測(cè)值，Η為樹高實(shí)測(cè)值，β。、βρβ2，為模型參 數(shù)，ε為模型殘差，模型估計(jì)采用普通最小二乘法。 步驟二：隨機(jī)抽取Ν個(gè)樣地，估算樣地BEF及相應(yīng)誤差。 (1) 基于調(diào)查數(shù)據(jù)和步驟一所建模型，估算樣地內(nèi)單木生物量和單木材積 (2) 對(duì)單木生物量和材積求和推算樣地生物量和材積，表達(dá)式如下：其中，j為樣地序號(hào)，j= 1，…，n;i為單木號(hào)，i= 1，…，nj，nj為第j號(hào)樣地內(nèi)樣木株 數(shù)。 (3) 估算樣地BEF，表達(dá)式為：⑷估算BEF均值（>及BEF誤差值（)，表達(dá)式如下：其中，k表示第k次循環(huán)。 步驟三：重復(fù)步驟二數(shù)以千次，估算BEF均值和評(píng)估BEF不確定性。 ⑴假設(shè)重復(fù)步驟二~次，估算BEF均值和相應(yīng)不確定性，表達(dá)式如下：為所有循環(huán)過程之間的誤 差，B2是單次循環(huán)過程內(nèi)的誤差。 (2)評(píng)估BEF不確定性，表達(dá)式如下：步驟四：估算區(qū)域尺度生物量，評(píng)估生物量不確定性。 (1) 按樹種估算區(qū)域內(nèi)總蓄積，表達(dá)式如下：(2) 估算區(qū)域尺度生物量，表達(dá)式如下：(3) 評(píng)估生物量不確定性，表達(dá)式如下：
【專利摘要】一種基于生物量轉(zhuǎn)換因子法估計(jì)區(qū)域尺度生物量的不確定性評(píng)估方法，主要步驟如下：步驟一：分別建立單木生物量模型和單木材積模型；步驟二隨機(jī)抽取若干樣地，估算樣地BEF（生物量轉(zhuǎn)換因子）及相應(yīng)誤差；步驟三重復(fù)步驟二數(shù)以千次，估算BEF均值和評(píng)估BEF不確定性；步驟四估算區(qū)域尺度生物量，評(píng)估生物量不確定性。本發(fā)明的有益效果是：針對(duì)基于生物量轉(zhuǎn)換因子法估算區(qū)域尺度生物量中的不確定性進(jìn)行評(píng)估，為大尺度生物量估算和生物量不確定性評(píng)估方法提供新思路。
【IPC分類】G06Q10/06
【公開號(hào)】CN105303295
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510609157
【發(fā)明人】傅煜, 雷淵才, 曾偉生, 郝瑞軍, 張桂蓮
【申請(qǐng)人】上海市園林科學(xué)研究所, 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年9月23日