森林生态系统具有独特的垂直分层结构，这些结构特征决定了森林冠层辐射传输、水分和物质交换以及光合生产能力。为了深入理解森林物质和能量交换过程，必须对森林垂直结构参数，如叶面积指数和聚集指数的三维时空分布信息进行定量研究。然而由于各种条件限制，当前野外实测的森林垂直分层信息极为缺乏，现有的数据大多集中在固定样点上，空间代表性有限，缺乏对叶面积指数和聚集指数时空变化特征的认识。

中国科学院地理科学与资源研究所方红亮研究组选择了塞罕坝和长白山两个典型的温带森林站点，于2020年至2023年开展了地面连续观测试验，探索了森林叶面积指数和聚集指数的垂直分布和时间变化特征。研究对比分析了通量塔、便携可伸缩升降杆、塔吊和无人机等四种不同的平台在冠层垂直结构参数（如孔隙率、叶面积指数、聚集指数、冠层光子再碰撞概率等）测量的优劣。研究认为通量塔适用于固定位置的垂直剖面测量，而便携式升降杆适合于15 m以下的测量；塔吊测量需要建立相关基础设施，而无人机则提供了一种有效的监测森林垂直结构参数的方法。研究同时发现森林有效叶面积指数在不同冠层高度呈现明显的季节变化，而冠层聚集指数在不同高度上保持相对一致，落叶季的值比有叶季高约0.1到0.2。

    本研究获得的森林垂直结构参数数据已公开共享（论文电子附件链接中），可用于森林结构表征、冠层反射率建模、遥感分层产品验证和植被建模研究。相关的野外测量试验报告也可在网上获取（http://www.lreis.ac.cn/en/Communication/is/）。

    研究组同时依托本项研究申请并获得授权发明专利一项，发明名称为：一种基于无人机的森林垂直结构参数测量系统和方法。

本研究得到了国家自然科学基金和资源与环境信息系统国家重点实验室创新项目的资助。

论文链接与数据获取：

Fang,H.,Wu,Y.,Zhang,Y.,Wang,Y.,Li,S.,Ma,T.,Li,Y.,and Guo,K.,2025. Seasonal variation of canopy vertical structural profiles measured at two temperate forests: intercomparison of tower,mast,crane, and UAV measurements. Trees 39,9.

https://doi.org/10.1007/s00468-024-02589-4