區(qū)域尺度森林地上生物量的不確定性度量研究.pdf

1、森林生物量和碳儲(chǔ)量估計(jì)以及不確定性度量是《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》(UNFCCC)規(guī)定的所有締約國(guó)均有義務(wù)定期報(bào)告的重要內(nèi)容之一?；谏仲Y源清查數(shù)據(jù)的生物量估計(jì)在由單木水平、樣地水平推算到區(qū)域水平的過(guò)程中存在大量不確定性，忽略這些不確定性或籠統(tǒng)地歸為一項(xiàng)隨機(jī)誤差將導(dǎo)致區(qū)域尺度森林生物量估測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。因此，明確誤差來(lái)源并精確度量不同來(lái)源誤差導(dǎo)致的生物量不確定性，對(duì)提高生物量、碳儲(chǔ)量及其動(dòng)態(tài)變化量計(jì)量精度，為國(guó)家溫室氣體排放碳匯清

2、單編制提供可靠科學(xué)基礎(chǔ)具有重要意義。本研究以杉木（Cunninghamia lanceolata）和馬尾松（Pinusmassoniana）為研究對(duì)象，基于江西省固定樣地連續(xù)清查數(shù)據(jù)，采用單木生物量模型法和生物量轉(zhuǎn)換因子法對(duì)區(qū)域尺度森林地上生物量進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)應(yīng)用模型分析法、蒙特卡洛模擬法、誤差傳遞法和改進(jìn)模型分析法分別度量了測(cè)量誤差、模型誤差、抽樣誤差在生物量估計(jì)過(guò)程中所導(dǎo)致的生物量不確定性和生物量轉(zhuǎn)換因子(BEF)不確定性，還研究了

3、模型形式、建模樣本量、殘差變異性、各自變量誤差等因素對(duì)生物量不確定性的影響程度:
　　(1)分別采用目前廣泛使用的三種生物量模型形式為江西省杉木和馬尾松地上生物量和單木各分量（樹干、樹皮、樹枝和樹葉）生物量建立了生物量估計(jì)模型并估計(jì)了地上和單木各組分生物量，并基于模型分析法分別度量了由抽樣誤差和模型誤差導(dǎo)致的生物量不確定性。研究結(jié)果表明，在g=a·Db+ε、g=a·Db·Hc+ε和g=a·(D2H)b+ε三種模型形式下，江西省杉木

4、地上生物量分別為19.67±1.37 t/ha、17.36±1.09 t/ha和17.07±1.11 t/ha，馬尾松地上生物量分別為20.45±1.40 t/ha、18.29±1.29 t/ha和17.20±1.35t/ha。采用不同的模型形式估計(jì)的生物量結(jié)果差異較大，其中模型誤差對(duì)生物量不確定性的影響大于抽樣誤差。在單木各組分生物量的估計(jì)中，樹干、樹皮生物量估計(jì)相對(duì)于樹枝和樹葉生物量估計(jì)擁有更低的模型誤差不確定性。
　　(2)

5、采用蒙特卡洛模擬法對(duì)江西省杉木和馬尾松進(jìn)行區(qū)域尺度森林地上生物量的估計(jì)及其不確定性度量，并研究了單木生物量估計(jì)模型的殘差變異性對(duì)區(qū)域尺度森林地上生物量估計(jì)中不確定性的影響。研究結(jié)果表明，2009年江西省杉木地上生物量為19.67±1.26 t/ha，不確定性占生物量估計(jì)值6.41％;馬尾松地上生物量為20.50±1.50 t/ha，不確定性占生物量估計(jì)值7.33％;不同決定系數(shù)R2所反應(yīng)的模型殘差變異性對(duì)大尺度生物量估計(jì)的影響較小，但較

6、高的R2能有效縮短蒙特卡洛模擬的運(yùn)算時(shí)間。
　　(3)通過(guò)結(jié)合蒙特卡洛模擬法，對(duì)模型分析法進(jìn)行改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)江西省杉木和馬尾松進(jìn)行區(qū)域尺度森林地上生物量進(jìn)行估計(jì)及其不確定性度量。研究了不同建模樣本量對(duì)區(qū)域尺度森林地上生物量和不確定性的影響。研究結(jié)果表明，改進(jìn)模型分析法既延續(xù)了蒙特卡洛模擬法的穩(wěn)定性，又繼承了模型分析法能分別度量模型誤差和抽樣誤差等導(dǎo)致的生物量不確定性的優(yōu)點(diǎn)。模型誤差不確定性隨建模樣本量的縮小而增大，最終導(dǎo)致生物

7、量總不確定性增大，且蒙特卡洛模擬結(jié)果由劇烈波動(dòng)狀態(tài)到平穩(wěn)狀態(tài)所需要的運(yùn)算時(shí)間延長(zhǎng)。因此，增加建模數(shù)據(jù)量能有效提高生物量估計(jì)模型的估計(jì)精度、準(zhǔn)確度以及工作效率，并降低不確定性。
　　(4)采用誤差傳遞法估計(jì)了江西省杉木和馬尾松地上生物量，并分別度量了測(cè)量誤差、模型誤差和抽樣誤差導(dǎo)致的生物量不確定性，其中測(cè)量誤差是在假設(shè)胸徑的測(cè)量誤差服從均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差為5％胸徑測(cè)量值的正態(tài)分布，樹高的測(cè)量誤差服從均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差為10％樹高測(cè)量值的

8、正態(tài)分布的基礎(chǔ)上進(jìn)行不確定性度量。研究結(jié)果表明，測(cè)量誤差導(dǎo)致的生物量不確定性占杉木生物量的0.08％，占馬尾松生物量的0.21％，說(shuō)明測(cè)量誤差對(duì)區(qū)域尺度喬木地上生物量不確定性的影響非常小。
　　(5)采用生物量轉(zhuǎn)換因子法(BEF)估計(jì)了區(qū)域尺度地上森林生物量，并首次結(jié)合蒙特卡洛模擬法度量了生物量和生物量轉(zhuǎn)換因子的不確定性，對(duì)生物量轉(zhuǎn)換因子估計(jì)中可能產(chǎn)生誤差的變量進(jìn)行了敏感度分析，誤差干擾項(xiàng)包括:單木生物量估計(jì)模型誤差、單木材積模型