森林具有极其复杂的空间三维结构，这使得精准计算森林冠层的太阳短波辐射尤为困难。传统的人工手持仪器开展样地测量来量化林分短波辐射具有周期长、操作要求高、受天气环境及统计方法影响；此外，森林冠层所受的短波辐射随时空、季节和物候等因素的变化而改变，使得现有的林地辐射测算模型都具有一定的不确定性。随着激光雷达技术的不断发展，以及其对森林表型特征的准确刻画，从多学科视角下结合激光雷达数据开展样地尺度内的太阳辐射量反演，这对于不同种群分布、空间结构下的林木样地对太阳辐射的响应机制研究具有启示作用。

近日，Plant Phenomics在线发表了南京林业大学题为Shortwave Radiation Calculation for Forest Plots Using Airborne LiDAR Data and Computer Graphics 的研究论文。

本文首先基于机载激光雷达数据反演得到的林木参数开展样地尺度下精细单株树木建模和林地空间刻画。其次，结合计算机图形学的光线追踪算法来模拟太阳光照辐射并渲染不同林地内太阳光直射、反射与透射的短波辐射通量，这对于样地中优势树种的阳光竞争、弱光逆境下压抑树木的生长发育评估具有现实意义。本文方法选择2019年3月至10月的每月第15日，在晴空条件下，以1小时为间隔计算了8:00 到 17:00校园内三个林分（针叶、阔叶和混交林）的直射、反射和透射短波辐射通量。由于在中午12:00太阳高度角（81.21°）达到最大且针叶林具有最密集的林冠，因此，在6月15日中午时，针叶林的直射短波辐射通量达到最大值2047.2 kW；同时，由于针叶树具有更高的太阳短波辐射反射率，这使得针叶林接收到了最大反射辐射通量（10.91 - 324.65 kW）；而阔叶树种具有较高的太阳短波辐射透射率，因此阔叶林可接收到更多透射辐射通量（37.7 - 226.71 kW）。最后，比对验证表明本文方法的结果与基于半球照片的HPEval软件计算结果和使用太阳辐射测量仪开展样地实测的结果有较好的一致性（R2≥0.82）。

图1基于机载LiDAR数据和光线追踪算法的林地建模及短波辐射通量计算。（a）、（d）和（g）分别显示了针叶林在2019年7月15日11:00受到的太阳直射、反射与透射的短波辐射通量分布；（b）、（e）和（h）显示了对应的阔叶林样地对应的短波辐射通量分布；（c）、（f）和（i）显示了混交林样地对应的短波辐射通量分布。

南京林业大学薛鑫波为论文第一作者，云挺教授为通讯作者。本研究得到了中国热带农业科学院安锋教授、陈帮乾教授，中国林业科学研究院张怀清教授，爱尔兰科克大学Markus P. Eichhorn教授，南京农业大学金时超教授，国家农业信息化工程技术研究中心樊江川博士等共同作者的支持。研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助，特此感谢。

论文链接：

https://doi.org/10.34133/2022/9856739

——推荐阅读——

Ground-Based LiDAR Improves Phenotypic Repeatability of Above-Ground Biomass and Crop Growth Rate in Wheat

https://doi.org/10.34133/2020/8329798

Plant Phenomics | 一种基于地面激光雷达技术的小麦地上部生物量和生长率等表型特征的重复性检测方法

Latent Space Phenotyping: Automatic Image-Based Phenotyping for Treatment Studies

https://doi.org/10.34133/2020/5801869

Plant Phenomics | 潜在空间表型：用于抗性研究的自动化图像表型