LAI-2200C植物冠层分析仪DQR
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1. 使用270度的遮盖帽或更小的视野遮盖帽； 2. 背对阳光进行测量，遮挡住日光和操作者本身； 3. 对植物冠层进行遮阴处理；
天空云分布不均匀导致光线不均匀的天气条件： 1. 等待云彩飘过并遮挡了阳光时再进行 测量。
Who’s Minding the Planet?
天空变化测试
理想的天空测量条件是，在同一时刻，冠层上和冠层下 的传感器的视野范围是同一片天空。换言之，在测量过 程中冠层上的读数和冠层下的读数所对应的天空条件应 该是均一稳定的。但是在实际测量中，会遇到种种不便 ：1）天空的亮度是不断变化的；2）天空中的云是持续 运动的；3）太阳的位置和光强是不断变化的。 这种天气状况的不稳定性造成了LAI计算的差异，有时这 种差异常常很大，甚至使LAI error接近或等于1（如图 1 D），这势必会影响LAI计算的准确性。通过测试天空 变化选择合理的测量条件可以有效减小这种误差（如图1 A），同时该测试也可用来评估天空状况对测量结果的影 响，增强测量结果的说服力。
感应器是专门为LAI-2200设计的，被 分为五个同心圆。当光线折射到感应器上 时，每一个感应器所检测的角度范围都不 同。感应器所检测的光线是经过过滤的， 只对波长小于490nm的光线响应——因 为在这个范围里的光线受叶片的反射及折 射最小。滤光片使得叶簇相对其光亮的天 空背景，表现为黑色。每一个感应器的输 出值与环带上被天空照亮部分成比例的。
LAI-2250光学感应器
LAI-2200的心脏就是匠 心设计的LAI-2250光学感应 器。LAI-2250使用一个“鱼 眼”镜头（天顶角为74度）， 将半球视野范围内的光线折 射到光电感应器上。使用具 有“鱼眼”视野的透镜能保 证了用于计算LAI的冠层样 本尽可能大。
LAI-2250光学感应器
2 叶片排列是随机的
不同的冠层有不同的形状，可能是 条状（条播作物）、椭圆体（单一植 株）、巨大的正方体（草地）或者是有 孔的大正方体（充满林隙的落叶林）。 在这些不同形状的空间中叶片分布是随 机的。
3 叶片大小相对每一环的 观测范围是很小的
在说明书附录量化了这种关系，也 可大概估测：即探头与最近叶片的距离 应至少为叶片宽度的4倍。
然而直接测量植物冠层结构是十分困难，手工测量只限于小冠层； 对于象森林那样大的冠层，几乎是不可能的。然而光线传播模型能相 对简单地测量出光线穿透情况，并对冠层结构作出精确的估计。
LAI-2200特点
快速直接测量叶面积指数； 不受光线条件限制，能在不同光照下进行测量； 测量时不需太阳直射光线照射； 测量不同大小的冠层，细至小草，大至森林 仪器轻便易携，便于野外使用； 低能耗，可以在野外长时间使用； 可以连接多种辐射感应器，能同时测量PAR等； 散射校正，使LAI更准确，简化测定条件 GPS功能，可生成kml文件在google earth成图
4 叶片位置分布是随机的
不管叶片如何倾斜，只要所有叶 片不是朝向同一角度即可。用广视角 进行测量时这种假设基本是得到满足 的。
对假设模型的说明
没有任何一种冠层完全符合这些假设。叶片不是随机排列的， 而是在茎或枝条上丛生。许多植物都表现出向日性，这也减少了 方位随机的假设。但是这种假设实际上并不是非常重要。许多冠 层可视为是随机分布的，而叶片确实对低于490nm的光线有相对 低的反射和透射率。误差相互抵销是经常发生的，如当叶片丛生 于枝条时（增加透射率），却又尽量排列地不相互遮挡（减少透 射率）。
Who’s Minding the Planet?
孤立木测量2---灌木测量
对于半球形的灌木，我们可以首先指定Vector（Fct 06,选择Edit，设置5 个环的值都为一个固定的半径，例如0.7米），然后再进行实际测量。
孤立木测量3---孤树测量Who’s Minding the Planet?
2. 如果没有足够的间隙空地，那么我们可以通过下 图右的实验设计利用一进一出森林的时间测量植 物冠层上部数据。前提条件是选择阴天（一天中 不同的时间光线变化很小的情况下）。
3. 也可以利用两台仪器，一台始终在森林外或空地 上测量冠层上部数据，另外一台在森林内测量下 部数据。最后将两台仪器的数据合并重新计算 （见上图）。
还有与理想状态偏离很大的情况，如针叶树叶片有很强的组织 性。在这些情况下，LAI的绝对误差会很大，唯一的解决办法是比 较它们的相对差别或以直接测量来校正仪器。
LAI在科学研究上的应用
冠层产量 森林活力 大气污染沉降模型 昆虫侵害研究 遥感技术
Who’s Minding the Planet?
实验设计与注意事项
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
实验注意事项
Who’s Minding the Planet?
1.外接辐射传感器 LAI-2200有两个BNC接口，可以连接LI-COR的辐射传感 器。连接后选择Menu>Log Setup>PAR Sensors，然后选择 连接光量子传感器的BNC通道(1或2)，设置“Enabled”为 “On”，给光量子传感器命名，最后输入校准系数： “for use with LI-COR handeld meters”。
Who’s Minding the Planet?
实验设计
1. 孤立木测量 2. 针叶树测量 3. 农作物测量 4. 森林测量
Who’s Minding the Planet?
孤立木测量1
叶面积指数是指单位土地面积上的叶片面积，但是用于孤立木测 量时存在很大的问题。因为这时的叶片数量取决于它的位置（见下图 右）。我们通过冠层的垂直投影面积来表达LAI。因此，如果不给定土 地面积的话，无法实现LAI的准确测量。更准确地表达的概念可以定义 为叶片密度(m2/m3 )，即叶片面积/冠层体积，m-1。
R=针叶的投影面积/枝条的平均投影面积 欧洲冷杉、红松、白松和挪威云杉的系数R分别是1.49、1.5、1.67和 1.6。这种系数处理后在LAI的直接测量和间接测量之间的相关系数达到了 0.96。 也有研究报道在去掉了第5环的数据后，测量误差大大减小了，但是还 没有得到厂家的证明。
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
2 多少个B阅读是足够的？
在95%的置信区间上，我们可以做6个B阅读的测量，然后查看SEL（叶面积 指数的标准差），计算SEL/LAI。每个B阅读的数量所能接受的SEL/LAI值见 下图，如果无法达到，请增加测量次数。
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
孤立木测量3---孤树测量
孤树测量由于冠层的形状是不均匀的，Vector路径长需要您来指定，见 下图所示提供坐标值，即可以利用重计算软件进行修改了。
Baidu Nhomakorabea
Who’s Minding the Planet?
针叶树测量的考虑
由于针叶树种叶片的排列是高度有序的，这违背了LAI-2200的测量基本 假设。因此，根据辐射模型，测量可能存在LAI的低估现象。LAI-2200测量 的实际上是“Shoot面积指数”，而不是“Needle area index”。建议在LAI 的基础上乘以系数R来修正。
3 叶片与传感器的距离限制？
一个叶片与传感器的距离是重要的，太近将导致测量的误差。简单的计 算方法是根据采用的遮盖帽的角度来得到距离因子参数，再除以B阅读的重 复次数，再乘以叶片的宽度，即得到最小需要的距离了。如果距离无法缩小， 可以考虑增加重复次数来解决这个问题。
Who’s Minding the Planet?
农作物或人工林的测量
具体的测量方法是如下图所示进行实验设计以尽可能对B阅读进行平均。如 果行距过大，则应该减小视野范围来降低误差。
Who’s Minding the Planet?
森林的测量
1. 森林的测量由于植物冠层上部的数据测量的困难 而需要采取特殊的实验设计。我们可以在测量之 前踏查样地以寻找足够的间隙来测量冠层上部数 据以确定测量样线。
平均叶倾角（MTA）
MTA回答“叶片倾斜如 何”。如果所有叶片都是水 平的，那么MTA就是0°；若 都是垂直的，则为90°。一 般MTA处于30°（水平叶片 占优势）~60°（垂直叶片占 优势）之间。
无截取散射（DIFN）
结合空隙部分（GAPS）计算出DIFN，以表示未被叶片遮 挡的天空部分。此值范围在0（全叶片）~1（无叶片）之间。 DIFNS大体可看作是冠层结构的一个代表值，它将LAI和MTA 结合为一个值。
Who’s Minding the Planet?
1 叶片不透光且无反射
假设冠层下的读值不包括任何叶片反 射或透射的光线。LAI-2250探头有一个光 滤器，过滤了波长大于490nm的光线。因 为在低于490nm区域的光线受叶片反射及 散射作用最小。这使得叶簇在天空背景下 是黑色的，从而满足了前题假设。对数据 散射校正则去除此假设。
4 遮盖帽的用途？
1. 从传感器的视野中去除太阳； 2. 从视野中去除操作者的影响； 3. 天空的亮度不均匀； 4. 冠层内有明显的空隙； 5. 减小对测量样地尺寸的需要； 6. 减小了森林内必须的空地尺寸。
Who’s Minding the Planet?
5 光线的需求
直射的阳光：应尽可能避免直射的阳光，尽量在日出日落时或多云的天气进 行测量，如果避免不了，那么需要注意：
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
Raw A, B reading
Gap Fraction
CNTCT#
Wi’
Wi
LAI
G(θ)i
ACF
LAIe
DIFN
dG/dθ
MTA
假设条件
叶片不透光，且无反射； 叶片排列是随机的； 叶片面积相对每环的观测范围是很小的； 叶片的位置分布是随机的。
表观聚类因子（ACF）
ACF是表观聚类因子，相当于表观聚类系数(Ωapp)（参 见Ryu, et al 2010）。Lang和Xiang(1986)指出，当测量样本 较多时，每一测量均包含较多的行或较多的空隙，它们可以 结合成一个自然对数的平均值来修正叶面积指数(LAI)。
GPS数据
GPS数据包括纬度（Gpslat）、经度（Gpslong）、UTC时 （GpsUTC）、海拔（GpsAlt）、卫星数目（GpsNum）和 水平精度（HDOP）。含GPS数据的文件可转换为kml文件， 从而在GPS里面成图。
测量参数
测量叶面积指数（LAI） 计算叶面积标准误（SEL） 测量无截取散射（DIFN） 测量平均叶倾角（MTA） 计算平均倾角标准误（SEM） 表观聚类因子（ACF） GPS数据（latitude/longtitude/altitude）
叶面积指数（LAI）
LAI回答“有多少叶片”，尽管LAI字面上是 指“叶面积指数”，但LAI-2200是测量所有挡光 的物体。LAI没有单位，可认为是叶面积/地面积。
LAI-2200C植物冠 层分析仪
基因有限公司独家代理
为什么要测量叶面积指数？
冠层结构——叶片的数量及其分布情况，是研究冠层中光线穿透 情况，冠层生产力，冠层下土壤水分蒸发、蒸腾损失总量，冠层截留， 及土壤温度的基础因子。同时对于不同尺度上的生态系统过程、系统 之间的物流和能流的研究均是非常重要的。
使用180度或更小视野的遮盖帽（遮挡树干），传感器紧贴树干。下图 右显示了两种方法，但是要注意的是如果采用方法2的话，那么您需要利用 重计算程序把看不到叶片的第5环蒙蔽掉。
如果附近有其他的树，那么您应该使用视野更小的遮盖帽以避免这种误 差（见下图左）。但是要注意的是您需要根据视野的大小来确定B阅读的数 量以覆盖整个树冠。如果您测量的树冠是不对称的，那么您应该采用不同的 文件来进行测量并做平均，见下图中。
仪器组成
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
2250光学探头构造图
Who’s Minding the Planet?
7°：0°--13° 38°：32°--44° 68°：62°--74°
23°：16°--29° 53°：46°--59°
天空云分布不均匀导致光线不均匀的天气条件： 1. 等待云彩飘过并遮挡了阳光时再进行 测量。
Who’s Minding the Planet?
天空变化测试
理想的天空测量条件是，在同一时刻，冠层上和冠层下 的传感器的视野范围是同一片天空。换言之，在测量过 程中冠层上的读数和冠层下的读数所对应的天空条件应 该是均一稳定的。但是在实际测量中，会遇到种种不便 ：1）天空的亮度是不断变化的；2）天空中的云是持续 运动的；3）太阳的位置和光强是不断变化的。 这种天气状况的不稳定性造成了LAI计算的差异，有时这 种差异常常很大，甚至使LAI error接近或等于1（如图 1 D），这势必会影响LAI计算的准确性。通过测试天空 变化选择合理的测量条件可以有效减小这种误差（如图1 A），同时该测试也可用来评估天空状况对测量结果的影 响，增强测量结果的说服力。
感应器是专门为LAI-2200设计的，被 分为五个同心圆。当光线折射到感应器上 时，每一个感应器所检测的角度范围都不 同。感应器所检测的光线是经过过滤的， 只对波长小于490nm的光线响应——因 为在这个范围里的光线受叶片的反射及折 射最小。滤光片使得叶簇相对其光亮的天 空背景，表现为黑色。每一个感应器的输 出值与环带上被天空照亮部分成比例的。
LAI-2250光学感应器
LAI-2200的心脏就是匠 心设计的LAI-2250光学感应 器。LAI-2250使用一个“鱼 眼”镜头（天顶角为74度）， 将半球视野范围内的光线折 射到光电感应器上。使用具 有“鱼眼”视野的透镜能保 证了用于计算LAI的冠层样 本尽可能大。
LAI-2250光学感应器
2 叶片排列是随机的
不同的冠层有不同的形状，可能是 条状（条播作物）、椭圆体（单一植 株）、巨大的正方体（草地）或者是有 孔的大正方体（充满林隙的落叶林）。 在这些不同形状的空间中叶片分布是随 机的。
3 叶片大小相对每一环的 观测范围是很小的
在说明书附录量化了这种关系，也 可大概估测：即探头与最近叶片的距离 应至少为叶片宽度的4倍。
然而直接测量植物冠层结构是十分困难，手工测量只限于小冠层； 对于象森林那样大的冠层，几乎是不可能的。然而光线传播模型能相 对简单地测量出光线穿透情况，并对冠层结构作出精确的估计。
LAI-2200特点
快速直接测量叶面积指数； 不受光线条件限制，能在不同光照下进行测量； 测量时不需太阳直射光线照射； 测量不同大小的冠层，细至小草，大至森林 仪器轻便易携，便于野外使用； 低能耗，可以在野外长时间使用； 可以连接多种辐射感应器，能同时测量PAR等； 散射校正，使LAI更准确，简化测定条件 GPS功能，可生成kml文件在google earth成图
4 叶片位置分布是随机的
不管叶片如何倾斜，只要所有叶 片不是朝向同一角度即可。用广视角 进行测量时这种假设基本是得到满足 的。
对假设模型的说明
没有任何一种冠层完全符合这些假设。叶片不是随机排列的， 而是在茎或枝条上丛生。许多植物都表现出向日性，这也减少了 方位随机的假设。但是这种假设实际上并不是非常重要。许多冠 层可视为是随机分布的，而叶片确实对低于490nm的光线有相对 低的反射和透射率。误差相互抵销是经常发生的，如当叶片丛生 于枝条时（增加透射率），却又尽量排列地不相互遮挡（减少透 射率）。
Who’s Minding the Planet?
孤立木测量2---灌木测量
对于半球形的灌木，我们可以首先指定Vector（Fct 06,选择Edit，设置5 个环的值都为一个固定的半径，例如0.7米），然后再进行实际测量。
孤立木测量3---孤树测量Who’s Minding the Planet?
2. 如果没有足够的间隙空地，那么我们可以通过下 图右的实验设计利用一进一出森林的时间测量植 物冠层上部数据。前提条件是选择阴天（一天中 不同的时间光线变化很小的情况下）。
3. 也可以利用两台仪器，一台始终在森林外或空地 上测量冠层上部数据，另外一台在森林内测量下 部数据。最后将两台仪器的数据合并重新计算 （见上图）。
还有与理想状态偏离很大的情况，如针叶树叶片有很强的组织 性。在这些情况下，LAI的绝对误差会很大，唯一的解决办法是比 较它们的相对差别或以直接测量来校正仪器。
LAI在科学研究上的应用
冠层产量 森林活力 大气污染沉降模型 昆虫侵害研究 遥感技术
Who’s Minding the Planet?
实验设计与注意事项
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
实验注意事项
Who’s Minding the Planet?
1.外接辐射传感器 LAI-2200有两个BNC接口，可以连接LI-COR的辐射传感 器。连接后选择Menu>Log Setup>PAR Sensors，然后选择 连接光量子传感器的BNC通道(1或2)，设置“Enabled”为 “On”，给光量子传感器命名，最后输入校准系数： “for use with LI-COR handeld meters”。
Who’s Minding the Planet?
实验设计
1. 孤立木测量 2. 针叶树测量 3. 农作物测量 4. 森林测量
Who’s Minding the Planet?
孤立木测量1
叶面积指数是指单位土地面积上的叶片面积，但是用于孤立木测 量时存在很大的问题。因为这时的叶片数量取决于它的位置（见下图 右）。我们通过冠层的垂直投影面积来表达LAI。因此，如果不给定土 地面积的话，无法实现LAI的准确测量。更准确地表达的概念可以定义 为叶片密度(m2/m3 )，即叶片面积/冠层体积，m-1。
R=针叶的投影面积/枝条的平均投影面积 欧洲冷杉、红松、白松和挪威云杉的系数R分别是1.49、1.5、1.67和 1.6。这种系数处理后在LAI的直接测量和间接测量之间的相关系数达到了 0.96。 也有研究报道在去掉了第5环的数据后，测量误差大大减小了，但是还 没有得到厂家的证明。
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
2 多少个B阅读是足够的？
在95%的置信区间上，我们可以做6个B阅读的测量，然后查看SEL（叶面积 指数的标准差），计算SEL/LAI。每个B阅读的数量所能接受的SEL/LAI值见 下图，如果无法达到，请增加测量次数。
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
孤立木测量3---孤树测量
孤树测量由于冠层的形状是不均匀的，Vector路径长需要您来指定，见 下图所示提供坐标值，即可以利用重计算软件进行修改了。
Baidu Nhomakorabea
Who’s Minding the Planet?
针叶树测量的考虑
由于针叶树种叶片的排列是高度有序的，这违背了LAI-2200的测量基本 假设。因此，根据辐射模型，测量可能存在LAI的低估现象。LAI-2200测量 的实际上是“Shoot面积指数”，而不是“Needle area index”。建议在LAI 的基础上乘以系数R来修正。
3 叶片与传感器的距离限制？
一个叶片与传感器的距离是重要的，太近将导致测量的误差。简单的计 算方法是根据采用的遮盖帽的角度来得到距离因子参数，再除以B阅读的重 复次数，再乘以叶片的宽度，即得到最小需要的距离了。如果距离无法缩小， 可以考虑增加重复次数来解决这个问题。
Who’s Minding the Planet?
农作物或人工林的测量
具体的测量方法是如下图所示进行实验设计以尽可能对B阅读进行平均。如 果行距过大，则应该减小视野范围来降低误差。
Who’s Minding the Planet?
森林的测量
1. 森林的测量由于植物冠层上部的数据测量的困难 而需要采取特殊的实验设计。我们可以在测量之 前踏查样地以寻找足够的间隙来测量冠层上部数 据以确定测量样线。
平均叶倾角（MTA）
MTA回答“叶片倾斜如 何”。如果所有叶片都是水 平的，那么MTA就是0°；若 都是垂直的，则为90°。一 般MTA处于30°（水平叶片 占优势）~60°（垂直叶片占 优势）之间。
无截取散射（DIFN）
结合空隙部分（GAPS）计算出DIFN，以表示未被叶片遮 挡的天空部分。此值范围在0（全叶片）~1（无叶片）之间。 DIFNS大体可看作是冠层结构的一个代表值，它将LAI和MTA 结合为一个值。
Who’s Minding the Planet?
1 叶片不透光且无反射
假设冠层下的读值不包括任何叶片反 射或透射的光线。LAI-2250探头有一个光 滤器，过滤了波长大于490nm的光线。因 为在低于490nm区域的光线受叶片反射及 散射作用最小。这使得叶簇在天空背景下 是黑色的，从而满足了前题假设。对数据 散射校正则去除此假设。
4 遮盖帽的用途？
1. 从传感器的视野中去除太阳； 2. 从视野中去除操作者的影响； 3. 天空的亮度不均匀； 4. 冠层内有明显的空隙； 5. 减小对测量样地尺寸的需要； 6. 减小了森林内必须的空地尺寸。
Who’s Minding the Planet?
5 光线的需求
直射的阳光：应尽可能避免直射的阳光，尽量在日出日落时或多云的天气进 行测量，如果避免不了，那么需要注意：
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
Raw A, B reading
Gap Fraction
CNTCT#
Wi’
Wi
LAI
G(θ)i
ACF
LAIe
DIFN
dG/dθ
MTA
假设条件
叶片不透光，且无反射； 叶片排列是随机的； 叶片面积相对每环的观测范围是很小的； 叶片的位置分布是随机的。
表观聚类因子（ACF）
ACF是表观聚类因子，相当于表观聚类系数(Ωapp)（参 见Ryu, et al 2010）。Lang和Xiang(1986)指出，当测量样本 较多时，每一测量均包含较多的行或较多的空隙，它们可以 结合成一个自然对数的平均值来修正叶面积指数(LAI)。
GPS数据
GPS数据包括纬度（Gpslat）、经度（Gpslong）、UTC时 （GpsUTC）、海拔（GpsAlt）、卫星数目（GpsNum）和 水平精度（HDOP）。含GPS数据的文件可转换为kml文件， 从而在GPS里面成图。
测量参数
测量叶面积指数（LAI） 计算叶面积标准误（SEL） 测量无截取散射（DIFN） 测量平均叶倾角（MTA） 计算平均倾角标准误（SEM） 表观聚类因子（ACF） GPS数据（latitude/longtitude/altitude）
叶面积指数（LAI）
LAI回答“有多少叶片”，尽管LAI字面上是 指“叶面积指数”，但LAI-2200是测量所有挡光 的物体。LAI没有单位，可认为是叶面积/地面积。
LAI-2200C植物冠 层分析仪
基因有限公司独家代理
为什么要测量叶面积指数？
冠层结构——叶片的数量及其分布情况，是研究冠层中光线穿透 情况，冠层生产力，冠层下土壤水分蒸发、蒸腾损失总量，冠层截留， 及土壤温度的基础因子。同时对于不同尺度上的生态系统过程、系统 之间的物流和能流的研究均是非常重要的。
使用180度或更小视野的遮盖帽（遮挡树干），传感器紧贴树干。下图 右显示了两种方法，但是要注意的是如果采用方法2的话，那么您需要利用 重计算程序把看不到叶片的第5环蒙蔽掉。
如果附近有其他的树，那么您应该使用视野更小的遮盖帽以避免这种误 差（见下图左）。但是要注意的是您需要根据视野的大小来确定B阅读的数 量以覆盖整个树冠。如果您测量的树冠是不对称的，那么您应该采用不同的 文件来进行测量并做平均，见下图中。
仪器组成
Who’s Minding the Planet?
Who’s Minding the Planet?
2250光学探头构造图
Who’s Minding the Planet?
7°：0°--13° 38°：32°--44° 68°：62°--74°
23°：16°--29° 53°：46°--59°