Robust characterisation of forest structure from airborne laser scanning—A systematic assessment and sample workflow for ecologists

IF 6.3 2区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Methods in Ecology and Evolution Pub Date : 2024-09-06 DOI:10.1111/2041-210X.14416

Fabian Jörg Fischer, Toby Jackson, Grégoire Vincent, Tommaso Jucker

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通过机载激光扫描准确描述森林结构--面向生态学家的系统评估和采样工作流程

森林显示出巨大的结构多样性，影响着碳循环、微气候和陆地栖息地。冠层高度模型（CHMs）是评估森林结构的一个重要工具：通过机载激光扫描（ALS）获得的高分辨率冠层高度图。冠层高度模型被广泛用于监测冠层动态、绘制森林生物量图和校准卫星产品，但令人惊讶的是，人们对冠层高度模型算法之间的差异如何影响生态分析知之甚少。在这里，我们使用了来自澳大利亚九个地点的高质量 ALS 数据，从半干旱灌木林到 90 米高的山白蜡树冠，对 CHM 算法进行了全面评估。这包括测试它们对点云退化的敏感性，以及量化误差对冠层结构衍生指标的传播。我们发现，CHM 算法在高度预测（差异高达 10 米，或树冠高度的 60%）和对点云特性的敏感性（偏差高达 5 米，或树冠高度的 40%）方面差异很大。点云特性对 CHM 衍生指标的影响各不相同，从高度百分位数的稳健推断，到地上生物量估计的相当大误差（约 50 兆克公顷-1，或总量的 10%），以及量化树冠空间关联的指标（如间隙）的高波动性。不过，我们也发现，两种 CHM 算法--一种是适应局部脉冲密度的 "无尖峰 "算法的变体，另一种是简单的德劳内三角测量初回--允许进行稳健的冠层特征描述，从而为时空生态比较奠定了坚实的基础。我们的研究表明，CHM 的选择对森林结构特征有很大影响，而这一点以前在很大程度上被忽视了。为了解决这个问题，我们提供了创建稳健的 CHM 的工作流程样本和最佳实践指南，以最大限度地减少下游分析中的偏差和不确定性。这样，我们的研究就为通过机载激光扫描对森林结构和动态进行更严格的大规模评估铺平了道路。

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来源期刊

Methods in Ecology and Evolution ECOLOGY-

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4-8 weeks

期刊介绍： A British Ecological Society journal, Methods in Ecology and Evolution (MEE) promotes the development of new methods in ecology and evolution, and facilitates their dissemination and uptake by the research community. MEE brings together papers from previously disparate sub-disciplines to provide a single forum for tracking methodological developments in all areas. MEE publishes methodological papers in any area of ecology and evolution, including: -Phylogenetic analysis -Statistical methods -Conservation & management -Theoretical methods -Practical methods, including lab and field -This list is not exhaustive, and we welcome enquiries about possible submissions. Methods are defined in the widest terms and may be analytical, practical or conceptual. A primary aim of the journal is to maximise the uptake of techniques by the community. We recognise that a major stumbling block in the uptake and application of new methods is the accessibility of methods. For example, users may need computer code, example applications or demonstrations of methods.