林业遥感与传统林学术语解析：树高、冠层高度与LAI测量

张牛顿

1. 传统林学与林业遥感专业术语解析

作为一名在林业调查一线工作多年的从业者，我经常遇到同行们对传统林学和遥感林业术语的混淆。这两种看似相近的测量体系，在实际应用中却有着本质区别。今天我就来详细解析几个最常被混淆的专业术语，希望能帮助大家在实际工作中更准确地使用这些概念。

在林业调查和研究中，术语的准确使用直接影响数据质量和研究结果。传统林学测量主要基于地面调查，而遥感林业则更多依赖空中或卫星观测。这两种方法产生的数据虽然相关，但定义和测量方式往往不同。理解这些差异对于正确解读林业数据至关重要。

树高(Tree height)是林学调查中最基础的测量指标之一，指的是单株树木从地面到树顶（最高活枝或顶芽）的垂直距离。这个看似简单的概念在实际测量中却有不少讲究：

测量工具：传统上使用测高杆、测高仪（如Suunto测高仪）或激光测距仪。每种工具都有其适用场景和精度范围。例如，测高杆适用于幼龄林，而激光测距仪更适合成熟林分。
测量要点：必须确保测量的是垂直高度而非斜距。在坡地测量时，需要进行坡度校正。我们通常会使用三角函数计算：实际树高=斜距×cos(坡度角)。
记录规范：通常精确到0.1米，对于科研用途可能需要更高精度。在实际调查中，我们会测量样地内所有样本木的树高，然后计算平均树高作为林分特征。

注意：测量树高时，必须明确是以活枝还是枯枝为终点。在森林健康调查中，通常只测量到最高活枝的高度，而在木材蓄积量调查中，可能会包括枯梢。

冠层高度(Canopy height)是遥感林业中的核心参数，与传统树高有着本质区别：

数据来源：主要来自LiDAR（激光雷达）或雷达数据。机载LiDAR可以获取高精度的三维点云数据，通过数据处理提取冠层高度模型(CHM)。
表征对象：反映的是林分或群落的整体冠层特征，而非单株树木。通常表示为冠层高度的统计值（如最大值、平均值或百分位数）。
影响因素：遥感获取的冠层高度受传感器分辨率、飞行高度和数据处理算法影响。例如，小光斑LiDAR（直径<1m）可以分辨单木冠层，而大光斑LiDAR（直径>5m）只能获取林分平均高度。

在实际应用中，我们常将地面测量的优势木树高与遥感反演的冠层高度进行对比验证。一般来说，LiDAR获取的95%百分位高度与地面测量的优势木平均高度相关性最好。

冠径是描述单株树木冠幅大小的经典指标，在传统林学调查中应用广泛：

冠层宽度在遥感和生态研究中更为常见，其特点包括：

值得注意的是，在英文文献中，crown width和canopy width有时会混用，但在专业写作中应当明确区分。Crown width特指单株测量值，而canopy width更强调冠层整体特征。

郁闭度是描述森林冠层遮蔽程度的指标，其核心是光线穿透能力：

测量原理：使用半球摄影（Hemispherical photography）技术，通过鱼眼镜头向上拍摄冠层，然后分析天空可见比例。常用软件如Hemiview或GLA计算。
影响因素：除了冠层密度外，还受太阳高度角、拍摄时间和季节影响。我们通常选择均匀阴天或日出日落前后进行测量，以减少直射光的干扰。
应用价值：与林下光照环境、幼苗更新直接相关。郁闭度>80%的林分通常林下植被稀少，而郁闭度<40%的林分可能有丰富的灌木层。

盖度反映的是冠层在地面的投影覆盖情况：

在实际工作中，我们经常发现郁闭度值低于盖度值，这是因为即使冠层投影完全覆盖地面（盖度100%），枝叶间仍可能存在空隙让光线透过（郁闭度<100%）。这种差异在针叶林中尤为明显。

有效LAI是指通过光学仪器直接测量的表观叶面积指数：

测量设备：常用LAI-2000/2200植物冠层分析仪或半球摄影法。原理是基于光在冠层中的衰减程度推算LAI。
局限性：光学仪器测量的是"有效"LAI，没有考虑叶片聚集效应（clumping effect）。针叶树的针叶通常成束生长，导致测量值低于实际值。
操作要点：测量时需要同时获取冠层上方和下方的光强数据。我们通常在晴朗的清晨或傍晚进行测量，避免直射阳光的影响。测量时要保持传感器水平，并遮挡操作者的影响。