區(qū)域尺度森林地上生物量的不確定性度量研究.pdf

1、森林生物量和碳儲量估計以及不確定性度量是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》(UNFCCC)規(guī)定的所有締約國均有義務定期報告的重要內容之一?；谏仲Y源清查數(shù)據的生物量估計在由單木水平、樣地水平推算到區(qū)域水平的過程中存在大量不確定性，忽略這些不確定性或籠統(tǒng)地歸為一項隨機誤差將導致區(qū)域尺度森林生物量估測結果產生較大誤差。因此，明確誤差來源并精確度量不同來源誤差導致的生物量不確定性，對提高生物量、碳儲量及其動態(tài)變化量計量精度，為國家溫室氣體排放碳匯清

2、單編制提供可靠科學基礎具有重要意義。本研究以杉木（Cunninghamia lanceolata）和馬尾松（Pinusmassoniana）為研究對象，基于江西省固定樣地連續(xù)清查數(shù)據，采用單木生物量模型法和生物量轉換因子法對區(qū)域尺度森林地上生物量進行估計，同時應用模型分析法、蒙特卡洛模擬法、誤差傳遞法和改進模型分析法分別度量了測量誤差、模型誤差、抽樣誤差在生物量估計過程中所導致的生物量不確定性和生物量轉換因子(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模型并估計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致的生物量不確定性。研究結果表明，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的生物量結果差異較大，其中模型誤差對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中，樹干、樹皮生物量估計相對于樹枝和樹葉生物量估計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江西省杉木和馬尾松進行區(qū)域尺度森林地上生物量的估計及其不確定性度量，并研究了單木生物量估計模型的殘差變異性對區(qū)域尺度森林地上生物量估計中不確定性的影響。研究結果表明，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值7.33％;不同決定系數(shù)R2所反應的模型殘差變異性對大尺度生物量估計的影響較小，但較

6、高的R2能有效縮短蒙特卡洛模擬的運算時間。
　　(3)通過結合蒙特卡洛模擬法，對模型分析法進行改進，在此基礎上對江西省杉木和馬尾松進行區(qū)域尺度森林地上生物量進行估計及其不確定性度量。研究了不同建模樣本量對區(qū)域尺度森林地上生物量和不確定性的影響。研究結果表明，改進模型分析法既延續(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致的生物量不確定性的優(yōu)點。模型誤差不確定性隨建模樣本量的縮小而增大，最終導致生物

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

8、正態(tài)分布的基礎上進行不確定性度量。研究結果表明，測量誤差導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％，說明測量誤差對區(qū)域尺度喬木地上生物量不確定性的影響非常小。
　　(5)采用生物量轉換因子法(BEF)估計了區(qū)域尺度地上森林生物量，并首次結合蒙特卡洛模擬法度量了生物量和生物量轉換因子的不確定性，對生物量轉換因子估計中可能產生誤差的變量進行了敏感度分析，誤差干擾項包括:單木生物量估計模型誤差、單木材積模型