全 文 ：
生 态 学 报
(SHENGTAI XUEBAO)
第 31 卷 第 4 期 2011 年 2 月 (半月刊)
目 次
短期增温对青藏高原高寒草甸植物群落结构和生物量的影响 李 娜,王根绪,杨 燕,等 (895)……………
三峡库区 9 种植物种子萌发特性及其在植被恢复中的意义 陶 敏,鲍大川,江明喜 (906)……………………
白蜡虫及其 3 种优势寄生蜂的时空生态位 王自力,陈 勇,陈晓鸣,等 (914)…………………………………
宁夏盐池荒漠草原步甲物种多样性 贺 奇,王新谱,杨贵军 (923)………………………………………………
脂肪酸对中华哲水蚤摄食两种海洋微藻的指示作用 刘梦坛,李超伦,孙 松 (933)……………………………
安徽菜子湖大型底栖动物的群落结构特征 徐小雨,周立志, 朱文中,等 (943)…………………………………
乐清湾潮间带大型底栖动物群落分布格局及其对人类活动的响应 彭 欣,谢起浪,陈少波,等 (954)………
海蜇养殖对池塘底泥营养盐和大型底栖动物群落结构的影响 冯建祥,董双林,高勤峰,等 (964)……………
竹巴笼矮岩羊(Pseudois schaeferi)昼间行为节律和时间分配 刘国库,周材权,杨志松,等 (972)………………
干热河谷植物叶片,树高和种子功能性状比较 郑志兴,孙振华,张志明,等 (982)………………………………
石羊河中游沙漠化逆转过程土壤种子库的动态变化 马全林,张德魁,刘有军,等 (989)………………………
基于 TM影像、森林资源清查数据和人工神经网络的森林碳空间分布模拟
汪少华,张茂震,赵平安,等 (998)
……………………………………
………………………………………………………………………………
山地视觉景观的 GIS评价———以广东南昆山国家森林公园为例 裘亦书,高 峻,詹起林 (1009)……………
基于功能分类的城市湿地公园景观格局———以西溪湿地公园为例 李玉凤,刘红玉,郑 囡,等 (1021)………
水分胁迫下丛枝菌根 AM真菌对民勤绢蒿生长与抗旱性的影响 贺学礼,高 露,赵丽莉 (1029)……………
农田灌溉对印度区域气候的影响模拟 毛慧琴,延晓冬,熊 喆,等 (1038)………………………………………
高大气 CO2浓度下小麦旗叶光合能量利用对氮素和光强的响应 张绪成,于显枫,马一凡,等 (1046)…………
豌豆过氧化氢酶在烟草叶绿体中的过量表达提高了植物的抗逆性 王凤德,衣艳君,王海庆,等 (1058)………
不同小麦品种对低温胁迫的反应及抗冻性评价 王树刚,王振林,王 平,等 (1064)……………………………
基于遥感与模型耦合的冬小麦生长预测 黄 彦,朱 艳,王 航,等 (1073)……………………………………
喷施 ABA对两个穗型不同小麦穗颈节伤流、穗部性状及产量的影响 崔志青,尹燕枰,田奇卓,等 (1085)……
“稻鸭共生”生态系统稻季 N、P循环 张 帆,隋 鹏,陈源泉,等 (1093)………………………………………
红壤丘陵区粮食生产的生态成本 李 晓,谢永生,张应龙,等 (1101)……………………………………………
甘南牧区草畜平衡优化方案与管理决策 梁天刚,冯琦胜,夏文韬,等 (1111)……………………………………
黄龙钙化滩流地物种-面积关系 黄宝强,罗毅波,安德军,等 (1124)……………………………………………
杉木人工林细根寿命的影响因素 凌 华,袁一丁,杨智杰,等 (1130)……………………………………………
长白落叶松林龄序列上的生物量及碳储量分配规律 巨文珍,王新杰,孙玉军 (1139)…………………………
生物肥与甲壳素和恶霉灵配施对香蕉枯萎病的防治效果 张志红,彭桂香,李华兴,等 (1149)…………………
北京城区不同水质水体可培养细菌数量的季节动态变化 高 程,黄满荣,陶 爽,等 (1157)…………………
专论与综述
整树水力导度协同冠层气孔导度调节森林蒸腾 赵 平 (1164)…………………………………………………
植物寄生对生态系统结构和功能的影响 李钧敏,董 鸣 (1174)…………………………………………………
加拿大一枝黄花的入侵机理研究进展 杨如意,昝树婷,唐建军,等 (1185)………………………………………
期刊基本参数:CN 11-2031 / Q*1981*m*16*300*zh*P* ￥ 70． 00*1510*32*2011-02
生 态 学 报 圆园员员袁猿员渊源冤院园怨怨愿要员园园愿
粤糟贼葬耘糟燥造燥早蚤糟葬杂蚤灶蚤糟葬
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基金项目院国家自然科学基金项目渊猿园怨苑圆猿远园冤曰浙江省重大科技专项重点农业项目渊圆园园愿悦员圆园远愿冤
收稿日期院圆园园怨鄄员圆鄄猿员曰摇摇修订日期院圆园员园鄄园缘鄄员源
鄢通讯作者悦燥则藻泽责燥灶凿蚤灶早葬怎贼澡燥则援耘鄄皂葬蚤造院扎澡葬灶早皂葬燥扎澡藻灶岳员圆远援糟燥皂
汪少华员袁圆袁猿袁张茂震员袁圆袁猿袁鄢袁赵平安员袁圆袁猿袁陈金星员袁圆袁猿
渊员援浙江农林大学 浙江省森林生态系统碳循环与固碳减排重点实验室袁临安摇猿员员猿园园曰
圆援亚热带森林培育国家重点实验室培育基地袁临安摇猿员员猿园园曰猿援浙江农林大学环境科技学院袁临安摇猿员员猿园园冤
摘要院森林是陆地生态系统中最大的碳库袁在全球碳平衡和减缓全球气候变化方面发挥着不可替代的作用遥当前主要利用森林
资源清查数据和优势树种材积源鄄生物量的关系进行碳储量估算袁在此基础上有效结合遥感影像数据将会更好的满足相关部门
对国家和区域森林碳储量计算的需求遥利用临安市圆园园源年森林资源清查的怨猿园个样地数据和同年度蕴葬灶凿泽葬贼栽酝影像数据袁提
取远个波段灰度值以及与碳储量相关性相对较大的猿个波段组合袁结合人工神经网络对研究区森林碳储量及其分布进行有效
模拟遥结果显示袁用误差反向传播算法训练神经网络较好的重建了森林碳密度空间分布和变化袁森林碳地上部分模拟结果与样
地实测值之间的一致性好袁全区域模拟结果森林碳平均值为园援怨愿酝早渊员园援愿怨酝早辕澡皂圆冤袁总体森林碳密度模拟结果低于样地平均
值约员猿豫袁进一步验证了人工神经网络在对大范围森林碳估算与模拟上具有较好的效果袁为区域森林碳储量的估测研究提供
有效的方法支持遥
关键词院森林碳曰人工神经网络曰森林资源清查曰栽酝影像
酝燥凿藻造蚤灶早贼澡藻泽责葬贼蚤葬造凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶燥枣枣燥则藻泽贼糟葬则遭燥灶泽贼燥糟噪泽憎蚤贼澡葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造灶藻怎则葬造
灶藻贼憎燥则噪遭葬泽藻凿燥灶栽酝 蚤皂葬早藻泽葬灶凿枣燥则藻泽贼蚤灶增藻灶贼燥则赠凿葬贼葬
员袁圆袁猿 员袁圆袁猿袁鄢 员袁圆袁猿 员袁圆袁猿
员在澡藻躁蚤葬灶早孕则燥增蚤灶糟蚤葬造运藻赠蕴葬遭燥则葬贼燥则赠燥枣悦葬则遭燥灶蚤灶云燥则藻泽贼耘糟燥泽赠泽贼藻皂泽葬灶凿悦葬则遭燥灶杂藻择怎藻泽贼则葬贼蚤燥灶袁在澡藻躁蚤葬灶早粤驭云哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁蕴蚤灶忆葬灶猿员员猿园园袁悦澡蚤灶葬
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粤遭泽贼则葬糟贼
栽酝
源 缘 苑 圆 源 猿 源 猿
圆
圆
运藻赠宰燥则凿泽
随着全球变暖和京都议定书的制定 对森林碳的量化研究逐渐受到森林经营者的重视咱员鄄猿暂 森林生态系
统作为天然的二氧化碳过滤器 约有 的陆地生物量集中于森林植被咱源暂 在全球碳循环中起着举足轻重的
作用 因此对森林碳储量的量化以及森林固碳能力的研究 将为森林经营与决策提供关键信息咱缘鄄远暂 准确地
推算森林碳储量和它的分布是解释全球碳收支计算仍存在不平衡问题的一个关键因素咱苑暂 也是满足京都协
定制定的 圆排放目标的急迫需要
咱愿暂
森林碳储量的估算是以森林生物量为基础 材积源 生物量法被认为是一种较好的估测森林生物量的方
法咱怨暂 目前对大面积森林覆盖区域上碳的储量和分布的测算方法主要有 森林资源清查法 基于遥感的方
法咱员园暂以及二者相结合的方法 森林资源清查法成本高效率低 遥感的方法虽然利用海量遥感数据易于获取
的优势 且采用光谱反射值与森林生物量之间的相关关系可建立异量关联方程 回归方程 以及利用 最近
邻域法估测森林生物量等 但由于光谱值与森林生物量间的相关性偏低 采用该类方法的预测精度普遍不高
难以满足实际需求咱员员暂 如何有效将二者结合成为当前估测森林碳储量的趋势 张茂震等咱员圆暂利用序列高斯协
同模拟算法 结合样地数据和卫星影像数据对临安市地上部分森林碳进行了模拟和尺度转换 取得了满意的
效果
人工神经网络 是模拟人脑生物过程的智能系统 具有非线性 非局域性 非定常性等特点咱员猿暂 当无
法利用多元回归分析来拟合基于数据的生物量模型时 神经网络可以实现多元回归的分析功能 又不要求变
量独立 因此 可以用神经网络来估算生物量咱员源暂 等咱员源暂对婆罗洲热带雨林的生物量进行制图分析时
采用 影像的 个波段 运用神经网络进行分析 有效提高了生物量的估算精度 之后 等咱员缘暂基于
数据提取的 种植被指数 采用多元回归分析和后向神经网络 种方法对巴西 马来群岛和泰国 个区域的
生物量进行估算 王立海等咱员远暂基于 遥感图像 以吉林省汪清天然林区为例 应用神经网络建立了
森林生物量非线性遥感模型系统 神经网络由于其强大的非线性处理能力 能充分逼近任意复杂的非线性函
数关系咱员苑暂 利用人工神经网络来构建应用生态模型当前被广泛应用于相关领域咱员愿鄄员怨暂 采用人工神经网络来
怨怨怨摇源期 摇摇摇汪少华摇等院基于栽酝影像尧森林资源清查数据和人工神经网络的森林碳空间分布模拟 摇
估测森林碳储量的研究目前仍处于探索阶段 本文通过提取 年临安市的 个波段数据以及波段组合
值 结合当年地面抽样调查数据 采用神经网络模拟全市森林地上部分碳储量的分布及变化 旨在探索结合地
面调查资料和遥感影像数据来获取森林碳分布的有效方法 从而在森林碳分布的定量评价研究和实践领域中
为管理决策者提供一种定量分析方法
员摇材料与方法
员员摇研究区概况
临安市 位于浙江省西北部 全境东西相距 总面积
圆 研究区属中亚热带季风气候区 光照充足 雨量充沛 全年平均气温 全年日照时数 全
年降雨量 该区地形西北高东南低 海拔相差 余 西北 西南部山区平均海拔在 以
上 是一个山多田少的山区市 森林覆盖率达到 其中有林地面积 圆 有林地蓄积 猿
根据临安市森林资源规划设计调查组得到的全市森林资源分布咱圆园暂 图 可以按优势树种分 松木分别占林
分面积 蓄积的 和 杉木分别占 和 阔叶类分别占 和 经济
林树种分别占 和
图员摇临安市森林资源分布图
云蚤早援员摇阅蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶燥枣枣燥则藻泽贼则藻泽燥怎则糟藻泽蚤灶蕴蚤灶忆葬灶糟燥怎灶贼赠
员圆摇数据获取与处理
采用 年临安范围内样地调查数据 抽样总体为临安市行政区范围 总体面积 圆 总样地数
个 样地为 正方形 遥感影像选用 年临安市全境 影像数据 它分别由 东
西 两景组成 并对其进行了几何校正和辐射校正处理 总误差小于 个像元
通过对地面 个样地每木检尺的记录 用相对生长模型咱圆员鄄圆源暂分树种对其地上部分生物量进行估计 根
据生物量与碳储量的转换系数为 咱圆缘暂 将其转换成样地中各树种地上部分的碳储量 分别累加样地中各树
种碳储量得到整个样地森林地上部分碳储量 图 在样地森林地上部分碳储量的基础上估计研究区森林地
上部分碳储量及其平均单位面积碳储量 碳密度 同时利用软件 提取 个样地所对应的遥感图
园园园员 摇 生摇态摇学摇报摇摇摇 猿员卷摇
图圆摇样地地上部分林木碳分布
云蚤早援圆摇栽澡藻增葬造怎藻泽燥枣葬遭燥增藻早则燥怎灶凿责造燥贼贼则藻藻糟葬则遭燥灶
像 个波段灰度值 郭志华 国庆喜等曾以与样地相对应的 影像上 个波段灰度值及多种波段比值作为
自变量进行生物量的估测咱圆远鄄圆愿暂 本文通过进行多波段不同组合比值运算 分析比较各样地碳储量与对应波段
灰度值及多波段比值之间的相关性 选取其中与碳储量相关系数最大的 个波段组合 源 缘 苑
圆 源 猿 源 猿 作为自变量来估测森林地上部分碳储量 将这 个样地的观测值按行
排列构造数据矩阵 随机选取 个样地观测值作为训练数据 建立碳储量估测模型 剩余的 个
样地数据作为测试数据 用来评价神经网络预测精度 表
表员摇训练和测试数据的基本统计
栽葬遭造藻员摇阅藻泽糟则蚤责贼蚤增藻泽贼葬贼蚤泽贼蚤糟泽枣燥则贼则葬蚤灶蚤灶早葬灶凿贼藻泽贼凿葬贼葬泽藻贼
数据集
阅葬贼葬泽藻贼
样点数
杂葬皂责造藻灶怎皂遭藻则
平均值酝藻葬灶
辕渊酝早辕澡皂圆冤
标准差杂援阅援
辕渊酝早辕澡皂圆冤
最小值酝蚤灶蚤皂怎皂
辕渊酝早辕澡皂圆冤
最大值酝葬曾蚤皂怎皂
辕渊酝早辕澡皂圆冤
训练样本栽则葬蚤灶蚤灶早凿葬贼葬 苑源园 员源援园园 圆园援源苑 园 圆园圆援员怨
测试样本栽藻泽贼凿葬贼葬 员怨园 愿援园猿 圆员援圆远 园 猿远援猿苑
为更好地进行模型拟合 将 个样地观测数据矩阵按列归一化处理至 范围
曾忆 曾 曾 曾 曾
式中 曾忆为归一化处理后观测值 曾为原始观测
员猿摇人工神经网络 方法仿真建模
人工神经网络 是理论化的人脑神经网络的数学模型 使用神经网络的目的是利用其强大的非线
性数据处理能力 通过对样本数据训练以得到合适的输出数据集 本研究采用的是 层神经网络结构模型
图 网络由输入层 输出层和隐含层构成 其中数据集 曾员 曾圆 曾灶 经过归一化处理进入人工神经网
络模型输入层 输出层节点数为 图 人工神经网络模型在训练过程中通过网络输出的样本预测值与实
际值的误差反复对权值矩阵 憎员和憎圆 进行调整 以使对任意的输入数据通过神经网络的训练都能得到合适
的输出数值或向量 网络上各节点相当于一个神经元 具有一定的记忆和存储功能 每一个节点与其他层的
员园园员摇源期 摇摇摇汪少华摇等院基于栽酝影像尧森林资源清查数据和人工神经网络的森林碳空间分布模拟 摇
图猿摇人工神经网络渊粤晕晕冤模型结构图
云蚤早援猿摇杂糟澡藻皂葬贼蚤糟凿蚤葬早则葬皂燥枣葬灶葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造灶藻怎则葬造灶藻贼憎燥则噪渊粤晕晕冤皂燥凿藻造
节点通过交流通道相连并行工作来处理接受到的信息 输入层将接收到的数据储存于各节点 经处理后向其
他各节点输出 中间层的其他节点接受并处理后再输出 直到整个神经网络工作完毕 输出层输出最后的结
果咱圆怨暂 人工神经网络数据处理包括两个过程 输出和训练 在输出过程中 神经网络由输入数据估测出合适
的值作为输出值 在训练过程中 通过对输入样本数据的训练 调整神经网络的参数
神经网络输出过程是基于矩阵计算和阈值函数的数据处理 在输入层与中间层间的数据处理用矩阵计
算的形式表示为
澡躁越枣
灶
蚤越员
憎员 躁蚤曾蚤 躁越 择
式中 憎员是择 灶权值矩阵 憎员 躁蚤表示矩阵憎员的第躁行蚤列元素的对应值 权值矩阵中各元素的初始值
通常随机生成 在训练样本过程中 通过对权值矩阵的调整使神经网络能够输出合适的值 这里 枣泽是取
值 到 的阈值函数 选择如下 函数
枣泽 泽
在中间层与输出层间的数据处理用矩阵计算形式简单表示为
澡员 越枣
择
躁越员
憎圆 员躁澡躁
其中憎圆是一个 择矩阵
使用样本数据集对人工神经网络模型进行训练过程中 神经网络的输出样本期望值与实际预测值分别用
赠鄢和赠表示 其中一个样本误差定义为藻 赠鄢 赠圆辕 神经网络的训练过程就是一个通过对权值矩阵的调
整使所有样本误差和耘越
孕
噪越员
藻噪达到最小的过程 式中责为样本数
本文由 图 构造三层神经网络模型 利用软件 的神经网络工具箱及其相关程序处理 以各样
圆园园员 摇 生摇态摇学摇报摇摇摇 猿员卷摇
地对应点的 个波段及 个波段组合作为神经网络输入变量 各样地森林地上部分碳密度作为网络输出期望
值 对神经网络进行训练以及仿真 并通过反复调整神经网络参数 评价分析该参数对神经网络性能的影响
进而构建合适的神经网络模型 以达到满意的仿真效果
圆摇结果与分析
圆员摇模拟结果
提取全区域相应影像数据经预处理后输入已构建好的神经网络模型 该神经网络模型是由整个 个样
地观测数据中的 个数据进行训练 用剩余的 个观测数据作为测试数据来评价训练后的网络模型的预
测精度 通过多次训练并调整神经网络目标误差以及隐含层神经元个数 从而选取预测精度高的作为神经网
络模型对全区域森
林碳进行估测模拟 对神经网络输出结果进行反归一化得到森林碳储量的预测值 由于地面正方形样地
边长 与 影像像元大小吻合 因此模拟输出的碳值与整个区域影像的像元相对应 利用
将预测的森林碳值转换成原始 影像大小的数量矩阵以 文件格式保存 将其输入 转化成灰度
值为森林碳值的 文件 得到临安市地上部分森林碳模拟结果 图 将图 与图 在 中进行
叠加得到样地碳密度值与临安森林碳模拟结果的叠加图 图 其中模拟单元大小为
图源摇临安市地上部分森林碳模拟结果
云蚤早援源摇耘泽贼蚤皂葬贼蚤燥灶皂葬责燥枣枣燥则藻泽贼糟葬则遭燥灶渊葬遭燥增藻鄄早则燥怎灶凿冤枣燥则蕴蚤灶忆葬灶悦燥怎灶贼赠
圆圆摇结果分析
模拟结果与地面样地的实际量比较 是反映模拟结果正确性的重要指标 将模拟图与地面样地分布图叠
加 以便直观反映模拟结果与样地森林碳密度的符合程度 图 由图 可以看出 森林碳模拟结果与对应
样地实测值在整体上具有较好的一致性 样地实测值比较高的区域 模拟值也比较高 反之亦然 总体上看
森林主要集中于西南区域 森林碳密度大 模拟结果和样地数据均反映了这一特点 其中由模拟图可以明显
看出研究区东部的水库以及中南部的河流区域 碳密度估测值显著低于周围区域 说明该区域模拟结果与实
际相符 因此 利用神经网络模型进行仿真可以真实的再现森林碳密度的分布空间格局
研究区平均每个样地森林地上部分碳储量为 样地平均碳密度为 圆 图 中 采用人
工神经网络模拟整个研究区域森林碳平均值为 总体平均森林碳密度为 圆 总体森林碳
猿园园员摇源期 摇摇摇汪少华摇等院基于栽酝影像尧森林资源清查数据和人工神经网络的森林碳空间分布模拟 摇
密度模拟结果低于样地平均值约 与实际相符合
图缘摇模拟结果空间分布与样地实测值比较
云蚤早援缘摇杂责葬贼蚤葬造凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶燥枣贼澡藻泽蚤皂怎造葬贼藻凿增葬造怎藻泽糟燥皂责葬则藻凿憎蚤贼澡贼澡藻责造燥贼增葬造怎藻泽
图远摇人工神经网络样地森林地上部分碳储量预测值与测试值比较
云蚤早援远摇栽澡藻糟燥皂责葬则蚤泽燥灶燥枣葬遭燥增藻鄄早则燥怎灶凿责造燥贼枣燥则藻泽贼糟葬则遭燥灶遭藻贼憎藻藻灶藻泽贼蚤皂葬贼藻泽遭赠粤晕晕葬灶凿贼藻泽贼凿葬贼葬
对所选取的做为测试数据的 个样地实测数据与对应模拟结果进行比较 图 可以看出吻合度良
好 预测值与样地实测值之间的相关系数为 预测值相对于实测值的均方根误差为 圆 样
地森林碳预测值与测试值的偏差以及两者间的散点图关系 图 图 其偏差平均值为 圆 由图
可以看出 样地测试值与预测值之间具有较好的接近程度 决定系数为 在图 中大部分样本点的估计
值要高于实测值 通过对预测值与实测值进行配对栽检验 表 显示两组数据差异性不显著 孕
以上均从数值上反映了采用神经网络模拟的结果与样地实测值之间的一致性
源园园员 摇 生摇态摇学摇报摇摇摇 猿员卷摇
图苑摇人工神经网络森林碳储量预测误差曲线
云蚤早援苑摇阅藻增蚤葬贼蚤燥灶糟怎则增藻泽燥枣枣燥则藻泽贼糟葬则遭燥灶遭赠葬则贼蚤枣蚤糟蚤葬造灶藻怎则葬造灶藻贼憎燥则噪
图愿摇森林碳预测值与测试值的关系
摇云蚤早援愿摇砸藻造葬贼蚤燥灶泽澡蚤责遭藻贼憎藻藻灶贼澡藻藻泽贼蚤皂葬贼藻凿葬灶凿贼藻泽贼增葬造怎藻泽燥枣
枣燥则藻泽贼糟葬则遭燥灶
在模拟结果图 中 也有少部分点与样地实测值相
差较大 这可能与地面样地的定位误差有关 由于
影像空间分辨率为 当地面样地
定位误差大于 时 样地很可能会落入另外一个像
元 从而使模拟结果产生偏差 遥感影像数据的质量对
模拟结果也有较大影响 同时 整体上看在图 东北部
分区域的模拟结果略高于对应样地实测值 这是由神经
网络算法本身的固有缺陷造成 本研究采用误差反向传
播算法 算法 来训练神经网络 而该算法在模拟预
测过程中易陷入局部最优 从而导致了部分区域模拟结
果偏高
猿摇结论与讨论
人工神经网络方法被广泛的利用于应用生态模型中咱员愿鄄员怨暂 本文采用误差反向传播算法训练神经网络
通过分析选取合适的网络参数构建人工神经网络模型 结合地面样地数据与遥感影像数据 对临安市森林碳
分布进行了仿真模拟 获得了具有一定精度保证的区域森林碳分布图 与王立海等咱员远暂运用神经网络模拟吉林
省汪清天然林区森林生物量相比 本研究从更大的区域尺度上对森林生物量以及碳储量进行了估算和模拟
研究区每个样地地上部分森林碳的平均值为 圆 模拟的全区域地上部分森林碳平均值
为 圆 在分布上模拟结果与地面样地实测数据以及遥感影像数据的特征吻合程度较
好 真实再现了森林碳储量的分布情况 为森林的规划及管理提供依据 而且森林碳分布图直观易懂 具有实
际指导意义
表圆摇森林碳储量测试值与预测值的栽检验结果
栽葬遭造藻圆摇砸藻泽怎造贼燥枣责葬蚤则藻凿鄄泽葬皂责造藻泽栽贼藻泽贼泽燥枣贼澡藻贼藻泽贼葬灶凿责则藻凿蚤糟贼藻凿增葬造怎藻枣燥则枣燥则藻泽贼糟葬则遭燥灶
均值
酝藻葬灶
标准差
杂阅
标准误
杂耘
怨缘豫置信区间
怨缘豫 悦燥灶枣蚤凿藻灶糟藻蚤灶贼藻则增葬造
燥枣贼澡藻凿蚤枣藻则藻灶糟藻
下限蕴燥憎藻则 上限哉责责藻则
贼
显著性
杂蚤早援渊圆鄄贼葬蚤造藻凿冤
猿援园猿 缘援源缘 园援源园 圆援圆缘 猿援愿圆 苑援远猿 约园援园园员
缘园园员摇源期 摇摇摇汪少华摇等院基于栽酝影像尧森林资源清查数据和人工神经网络的森林碳空间分布模拟 摇
国家森林资源清查数据和遥感数据容易获取 森林资源清查样地数据与 影像数据在空间分辨率上具
有良好的一致性 其空间分辨率都为 水平 从而使利用遥感数据来估测模拟森林生物量以及碳的
空间分布成为可能 邢素丽咱猿园暂 郭志华咱圆远暂等利用 波段的信息及其线性和非线性组合 建立估算生物量的
回归模型 在本研究中 经过分析选取与对应样地森林碳相关性最大的 个波段组合 作为自变量建立估测森
林碳的模型 但相关系数均在 至 之间 在以往诸多研究中表明 单个波段信息对生物量的相关系数
偏低 不能很好的估测生物量咱猿员暂 这样就需要使用多元估测生物量的方法或者非线性理论来揭示遥感因子与
森林生物量之间的关系 因此在本文中利用神经网络强大的非线性逼近能力建立 个波段组合与森林碳的神
经网络模型 模拟结果显示与实际相符合 预测值与实测值的相关性达到 较好的实现了利用遥感影像
数据 结合森林资源清查资料来对森林碳储量的估测
模拟结果产生的偏差除了与影像的几何纠正以及地面样地的坐标是否准确有关外 神经网络结构本身也
决定着模拟预测精度 在创建神经网络结构过程中 选取对数 形函数做为神经元的传递函数 中间层神经
元个数为 设定不同的目标误差得到不同的输出结果 以经归一化处理的 个样地数据作为输入数据
用 训练网络比较 和 三个不同的目标误差设定对网络性能的影响 结果如表 残
差与均方根误差为 砸耘砸越晕
晕
蚤
赠鄢蚤 原赠蚤 和砸酝杂耘越 晕
晕
蚤
赠鄢蚤 原赠蚤
圆 其中 砸耘砸是所有样地的残差
砸酝杂耘是所有样地的均方根误差 赠鄢蚤是实测值 网络的目标输出 赠蚤是网络的实际输出 是样地个数 从表
可以看出 对网络目标误差设定的值越小 并不意味预测精度会随之提高 误差设定为 的残差与均方根
误差明显要比 和 时大 并通过与实测样地的均值以及最值 表 的比较 以 作为目标误差
比其他的值具有更高的精度 神经网络结构的中间层亦称为隐含层 以 做为目标误差 用 做为
神经元的传递函数 将 个样地数据做为输入数据 试验了 个神经元对预测精度的影响 结果发
现 个神经元时的估测精度最好 而对神经元个数的增加并不能显著提高模型仿真估测精度 表 因此
对神经网络目标误差的设定 隐含层神经元的个数多少 应该视具体情况而确定 其原则是相同前提下使仿真
模型具有更高的预报精度 在训练神经网络的算法选取上 本文采用误差反向传播算法训练网络 虽然模拟
结果的整体分布情况与实际样地值吻合度较好 但由于该算法收敛速度慢并且容易使模拟结果陷入局部最
优 从而使部分区域的预测结果与实测值存在偏差 影响了模型的模拟仿真质量
表猿摇人工神经网络目标误差的选择对网络性能的影响比较
栽葬遭造藻猿摇悦燥皂责葬则蚤泽燥灶燥枣葬枣藻糟贼蚤燥灶燥灶灶藻贼憎燥则噪责藻则枣燥则皂葬灶糟藻燥枣凿蚤枣藻则藻灶贼酝杂耘早燥葬造
目标误差
酝杂耘早燥葬造
训练次数
栽则葬蚤灶蚤灶早藻责燥糟澡泽
残差
砸耘砸
均方根误差
砸酝杂耘
均值
酝藻葬灶辕渊酝早辕澡皂圆冤
最小值酝蚤灶蚤皂怎皂
辕渊酝早辕澡皂圆冤
最大值酝葬曾蚤皂怎皂
辕渊酝早辕澡皂圆冤
园援园员 圆 原苑援园怨 圆园援怨远 员怨援远愿 园 猿圆援愿远
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表源摇隐含层神经元个数对网络性能的影响
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神经元个数
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因此 通过改进误差反向传播算法来提高其训练神经网络的收敛速度 避免模拟结果易于陷入局部最优
从而实现对森林碳空间分布的更准确模拟 将是下一步研究的重点
致谢院感谢美国南伊利诺伊斯大学王广兴教授对本文写作的帮助
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参考文献院
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咱怨暂摇刘国华袁傅伯杰袁方精云援中国森林碳动态及其对全球碳平衡的贡献援生态学报袁圆园园园袁圆园渊缘冤院苑猿猿鄄苑源园援
咱员员暂摇刘志华袁常禹袁陈宏伟援基于遥感尧地理信息系统和人工神经网络的呼中林区森林蓄积量估测援应用生态学报袁圆园园愿袁员怨渊怨冤院
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咱员圆暂摇张茂震袁王广兴袁周国模袁葛宏立袁徐丽华袁周元中援基于森林资源清查尧卫星影像数据与随机协同模拟尺度转换方法的森林碳制图援生
态学报袁圆园园怨袁圆怨渊远冤院圆怨员怨鄄圆怨圆愿援
咱员猿暂摇何红艳袁郭志华袁肖文发援遥感在森林地上生物量估算中的应用援生态学杂志袁圆园园苑袁圆远渊愿冤院员猿员苑鄄员猿圆圆援
咱员远暂摇王立海袁邢艳秋援基于人工神经网络的天然林生物量遥感估测援应用生态学报袁圆园园愿袁员怨渊圆冤院圆远员鄄圆远远援
咱圆园暂摇沈志军援临安市森林资源规划设计调查成果汇编援杭州院临安市林业局袁圆园园远院缘怨援
咱圆员暂摇闫文德袁田大伦袁何功秀援湖南会同第圆代杉木人工林乔木层生物量的分布格局援林业资源管理袁圆园园猿袁渊圆冤院缘鄄苑援
咱圆圆暂摇王震袁张晓丽援浙江舟山地区马尾松地上生物量模型研究援林业调查规划袁圆园园远袁猿员渊缘冤院员园猿鄄员园缘援
咱圆猿暂摇吴泽民袁孙启祥袁陈美工援安徽长江滩地杨树人工林生物量和养分积累援应用生态学报援圆园园员袁员圆渊远冤院愿园远鄄愿员园援
咱圆源暂摇管大跃袁黄国泉援闽粤拷天然林生物量及预测模型研究援福建林业科技袁圆园园园袁渊远冤院猿源鄄猿远援
咱圆缘暂摇王效科袁冯宗炜袁欧阳志云援中国森林生态系统的植物碳储量和碳密度研究援应用生态学报袁圆园园员袁员圆渊员冤院员猿鄄员远援
咱圆远暂摇郭志华袁彭少麟袁王伯荪援利用栽酝数据提取粤西地区的森林生物量援生态学报袁圆园园圆袁圆圆渊怨冤院员愿猿圆鄄员愿猿怨援
咱圆苑暂摇国庆喜袁张峰援基于遥感信息估测森林的生物量援东北林业大学学报袁圆园园猿袁猿员渊圆冤院员猿鄄员远援
咱圆怨暂摇韩力群援人工神经网络理论尧设计与应用援北京院化学工业出版社袁圆园园苑院员园远鄄员园怨援
咱猿园暂摇邢素丽袁张广录袁刘慧涛袁王道波援基于蕴葬灶凿泽葬贼耘栽酝数据的落叶松林生物量估算模式援福建林学院学报袁圆园园源袁圆源渊圆冤院员缘猿鄄员缘远援
咱猿员暂摇程武学袁杨存建袁周介铭袁周万村袁刘悦翠援森林蓄积量遥感定量估测研究综述援安徽农业科学袁圆园园怨袁猿苑渊员远冤院苑苑源远鄄苑苑缘园援
愿园园员 摇 生摇态摇学摇报摇摇摇 猿员卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 4 February,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Short-term effects of temperature enhancement on community structure and biomass of alpine meadow in the Qinghai-Tibet Plateau
LI Na, WANG Genxu, YANG Yan, et al (895)
…
……………………………………………………………………………………
Effects of submergence on seed germination of nine annual plant species in the Three Gorges Reservoir region and their implica-
tion to vegetation restoration TAO Min, BAO Dachuan, JIANG Mingxi (906)……………………………………………………
Temporal-spatial niches of Chinese White Wax Scale insect (Ericerus pela) and its three dominant parasitoid wasps
WANG Zili, CHEN Yong, CHEN Xiaoming,et al (914)
…………………
……………………………………………………………………………
Species diversity of carabid beetles in desert-steppe in Yanchi of Ningxia, China HE Qi,WANG Xinpu,YANG Guijun (923)………
Identification of trophic relationships between marine algae and the copepod Calanus sinicus in a fatty acid approach
LIU Mengtan, LI Chaolun, SUN Song (933)
…………………
………………………………………………………………………………………
Community structure of macrozoobenthos in Caizi Lake, China XU Xiaoyu, ZHOU Lizhi, ZHU Wenzhong,et al (943)………………
The community distribution pattern of intertidal macrozoobenthos and the responses to human activities in Yueqing Bay
PENG Xin, XIE Qilang, CHEN Shaobo,et al (954)
………………
………………………………………………………………………………
The effects of jellyfish (Rhopilema esculentum Kishinouye) farming on the sediment nutrients and macrobenthic community
FENG Jianxiang, DONG Shuanglin, GAO Qinfeng,et al (964)
…………
……………………………………………………………………
Diurnal activity rhythm and time budgets of the Dwarf Blue Sheep (Pseudois schaeferi) in Zhubalong Nature Reserve
LIU Guoku, ZHOU Caiquan, YANG Zhisong,et al (972)
………………
…………………………………………………………………………
Comparison of leaf, height and seed functional traits of species in dry-hot valleys
ZHENG Zhixing, SUN Zhenhua, ZHANG Zhiming,et al (982)
………………………………………………………
……………………………………………………………………
Dynamics of soil seed banks in the reversion process of desertification in the middle reaches of the Shiyang River
MA Quanlin,ZHANG Dekui,LIU Youjun,et al (989)
……………………
………………………………………………………………………………
Modelling the spatial distribution of forest carbon stocks with artificial neural network based on TM images and forest inventory
data WANG Shaohua, ZHANG Maozhen,ZHAO Pingan,et al (998)………………………………………………………………
The GIS-based visual landscape evaluation in mountain area: a case study of Mount Nan-kun National Forest Park, Guangdong
Province QIU Yishu,GAO Jun,ZHAN Qilin (1009)………………………………………………………………………………
A functional classification method for examining landscape pattern of urban wetland park: a case study on Xixi Wetland Park,
China LI Yufeng, LIU Hongyu, ZHENG Nan, et al (1021)………………………………………………………………………
Effects of AM fungi on the growth and drought resistance of Seriphidium minchünense under water stress
HE Xueli,GAO Lu,ZHAO Lili (1029)
………………………………
………………………………………………………………………………………………
Modeled impact of irrigation on regional climate in India MAO Huiqin,YAN Xiaodong,XIONG Zhe,et al (1038)……………………
The responses of photosynthetic energy use in wheat flag leaves to nitrogen application rates and light density under elevated
atmospheric CO2 concentration ZHANG Xucheng,YU Xianfeng,MA Yifan,et al (1046)…………………………………………
Enhanced drought and photooxidation tolerance of transgenic tobacco plants overexpressing pea catalase in chloroplasts
WANG Fengde, YI Yanjun, WANG Haiqing,et al (1058)
………………
…………………………………………………………………………
Evaluation of wheat freezing resistance based on the responses of the physiological indices to low temperature stress
WANG Shugang, WANG Zhenlin, WANG Ping,et al (1064)
…………………
………………………………………………………………………
Predicting winter wheat growth based on integrating remote sensing and crop growth modeling techniques
HUANG Yan, ZHU Yan, WANG Hang, et al (1073)
……………………………
………………………………………………………………………………
Effects of spraying ABA on bleeding intensity in neck-panicle node, spike traits and grain yields of two different panicle-type
winter wheat CUI Zhiqing, YIN Yanping, TIAN Qizhuo,et al (1085)……………………………………………………………
Nitrogen and phosphorus cycling from rice-duck mutual ecosystem during late rice growth season
ZHANG Fan, SUI Peng, CHEN Yuanquan, et al (1093)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Initial exploration of the ecological costs of food production in the hilly red soil region of Southern China
LI Xiao, XIE Yongsheng, ZHANG Yinglong, et al (1101)
……………………………
…………………………………………………………………………
Optimization strategy and management decision-making in balancing forage and livestock in Gannan pastoral area
LIANG Tiangang, FENG Qisheng, XIA Wentao, et al (1111)
……………………
……………………………………………………………………
Species-area relationship in travertine area in Huanglong valley, Sichuan HUANG Baoqiang, LUO Yibo, AN Dejun,et al (1124)…
Influencing factors of fine root lifespans in two Chinese fir plantations in subtropical China
LING Hua,YUAN Yiding,YANG Zhijie,et al (1130)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Age structure effects on stand biomass and carbon storage distribution of Larix olgensis plantation
JU Wenzhen, WANG Xinjie, WANG Xinjie (1139)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Effects on controlling banana Fusarium wilt by bio-fertilizer, chitosan, hymexazol and their combinations
ZHANG Zhihong, PENG Guixiang, LI Huaxing, et al (1149)
……………………………
……………………………………………………………………
Seasonal dynamics of culturable bacterium numbers in freshwater bodies of different water quality in Beijing
GAO Cheng, HUANG Manrong, TAO Shuang, et al (1157)
…………………………
………………………………………………………………………
Review and Monograph
On the coordinated regulation of forest transpiration by hydraulic conductance and canopy stomatal conductance
ZHAO Ping (1164)
………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
Impacts of plant parasitism on structure and function of ecosystems LI Junmin, DONG Ming (1174)…………………………………
Invasion mechanisms of Solidago canadensis L. : a review YANG Ruyi, ZAN Shuting, TANG Jianjun,et al (1185)………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊★
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊 Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊 Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
★《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1． 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
编辑部主任: 孔红梅 执行编辑: 刘天星 段 靖
生 态 学 报
(SHENGTAI XUEBAO)
(半月刊 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷 第 4 期 (2011 年 2 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
(Semimonthly,Started in 1981)
Vol． 31 No． 4 2011
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