[发明专利]一种确定林窗大小上限的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种林学与生态学中林窗大小上限（最大值）的确定方法。

背景技术

自1936年Secrander指出存在风暴造成的林间空隙结构，1947年Watt第一次明确提出林窗（forest gap）概念以来，国内外开展了许多相关研究。林窗是在森林受到小尺度干扰下，打开林冠后产生的林间空隙。林窗作为森林循环（forest recycle）过程中的一个重要形式，一直是植被更新演替领域的研究热点。林窗的形成改变了林窗内的资源分配格局，允许林下植被种源得到释放，物种得以更新。林窗的大小、形状、边缘木高度等被认为是影响林窗更新的主要因素。随着林窗研究的不断深入，一般认为林间空地与小尺度林窗干扰在形成原因、环境变化、循环速率等方面均有显著不同（Yamamoto，1992），因此，应区分小尺度干扰形成的林窗与大尺度干扰形成的林间空地。以往国内外研究涉及到林窗的大小没有统一的上限，如Nagel et al.(2010)定义大林窗面积为1500m²，而Holladay et al.(2006)则定义大林窗面积为5000m²、Kathke and Bruelheide (2010)定义大林窗面积为16400m²；迄今，文献中出现的林窗面积最大值为4ha(Humber and Hermanutz,2011)。以往研究中出现多、且普遍被接受的最大林窗面积为1000m²（Schliemann and Bockheim,2011），这种分类方法是Lorimer（1989）人为设定大尺度干扰与小尺度干扰的界限。很显然，关于林窗大小的上限不能反映不同地区，不同林分的差别。如何确定林窗与林间空地的区别成为林学家和生态学家关注的焦点。

林窗与林间空地的最本质的区别在于：林窗范围内各种环境因素受林窗边缘木的影响，进而影响到林窗内的物种更新、演替；尤其是边缘木的遮光能力是改变林窗内的资源分配与植被格局最关键的因子；而林间空地由于面积较大，所以一定存在不受边缘木影响的区域。因此，以林窗边缘木与林窗直径作为参数可以更好的表征林窗的大小，从而确定林窗与林间空地的区别，即林窗大小的上限。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种，提供一个可用于准确表征林窗大小的特征参数，使林窗大小的上限能够客观、定量确定成为可能，为世界不同地域林窗研究提供统一、可比的标准，彻底改变林窗研究领域对林窗上限定义的混乱局面。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种确定林窗大小上限的方法，包括以下步骤：

选择监测的关键日期和可照时段；

在所述关键日期和可照时段内，根据林窗边缘木在林窗内光学投影影响范围确定边缘木投影长度；

利用积分法计算林窗半径，进而确定林窗大小；

计算林窗大小的上限。

所述关键日期为春分日、夏至日、秋分日、冬至日，且监测地区处于植被生长季。

所述可照时段满足两个条件：

（1）过半数的年份该时刻的太阳直接辐射强度≥120W/m²；

（2）所有年份该时刻的太阳直接辐射强度平均值≥120W/m²。

所述根据林窗边缘木在林窗内光学投影影响范围确定边缘木投影长度，包括以下步骤：

根据某地经纬度计算某一时刻太阳高度角

式中，SA：太阳高度角，当地纬度，δ：太阳赤纬角，t：时角；

根据边缘木高度与太阳高度角，求得某时刻边缘木投影长度

式中，H：边缘木高度，SA_i：太阳高度角，L_i：边缘木投影长度。

所述利用积分法计算林窗半径，进而确定林窗大小，包括以下步骤：

对边缘木投影长度L_i积分后计算平均值作为林窗半径

式中，n：某一天被划分成的时段数，R：林窗半径；

用林窗直径与边缘木高度的比值来表示林窗大小

式中，n：某一天被划分成的时段数，D＝2R：林窗直径，H：边缘木高度，SA_i：太阳高度角。

所述林窗大小的上限为：