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[期刊] 林业科学研究
[作者]
符利勇 唐守正 张会儒 雷相东
以吉林省汪清林业局184块样地中的10 111株蒙古栎为例,首先选用线性函数、Richards函数、Logistic函数、指数函数等7种常用函数形式,分析4个因变量(后期胸径、后期胸高断面积、直径增量和胸高断面积增量)与前期胸径的影响,确定一个用于构建混合效应模型的基础模型。然后确定同时考虑林场效应和林场与样地交互效应时基础模型中最优的形式参数构造形式,利用逐步回归方法确定模型中所包含的林分变量,并分析和比较用来消除异方差的3种常用残差方差函数(指数函数、幂函数和常数加幂函数),最后检验模型预测效果。结果表明:Wykoff模型且因变量为后期胸高断面积拟合效果较好,故作为基础模型;除前期胸高直径...
关键词：
蒙古栎林 混合模型 单木断面积生长模型
[期刊] 林业科学
[作者]
雷相东 李永慈 向玮
森林生长观测数据常常具有层次结构、重复测量等特点,因而不满足普通回归分析中的独立性假设,会得到有偏的参数估计,包含随机效应的混合模型可以灵活地处理这一问题。本文采用混合模型方法,建立东北近天然落叶松云冷杉林中落叶松、红松、云杉、冷杉、慢阔(色木、水曲柳、椴树和枫桦)和中阔(白桦、榆树和杂木)6个树种组的单木5年断面积生长模型。数据来自于20个长期固定观测样地,共得到10756个观测数据,其中随机抽取15个样地的8034个数据用于建模,其他5个样地的2722个数据用于模型验证。建立的模型与距离无关,不需要年龄和立地指数。结果表明:起初胸径、林分密度、立地因子和与距离无关的竞争指数都是显著影响林木...
[期刊] 林业科学
[作者]
李春明 唐守正
以吉林省汪清林业局金沟岭林场20块落叶松云冷杉样地为研究对象。首先选择传统的回归方法从4个常用的断面积模型中找出模拟精度最高的模型作为基础模型,利用基础模型及模拟数据构建非线性混合模型,考虑样地效应,采用SAS软件进行模拟,选择模型收敛及其对数似然值、AIC和BIC值最小的混合模型作为最优模型;然后,在此基础上考虑断面积连续观测数据的时间序列相关性,并把间伐强度以哑变量形式考虑进去,再进行混合模型的模拟;最后,利用验证数据对混合模型方法与传统的非线性回归模拟方法进行精度比较。结果表明:林分密度指数作为自变量的Schumacher式的模拟精度最高,而考虑样地效应的混合模型模拟精度优于传统的回归模...
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
李春明
该文描述了传统生长收获模型存在的问题及非线性混合效应模型在预估林分断面积方面的应用,介绍了非线性混合效应模型的表达形式。选择常用的Richards和Schumacher两种基本模型形式,通过变化自变量进行断面积生长模拟,采用非线性最小二乘回归法进行拟合;然后选择复相关系数及预估精度较高的函数作为基础模型,并在此基础上构造非线性混合效应模型;最后对非线性混合效应模型与传统模型拟合的效果进行了比较分析。结果表明,考虑初植密度效应的非线性混合效应模型比传统的回归模型估计精度高。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
宁金魁 王光玉 许诺 黄锦程 欧阳勋志 刘洪生 臧颢
【目的】阔叶次生林是一种复杂的异龄复层林，林木的胸高断面积生长量决定了林分的林分质量和碳汇能力。本研究旨在探讨阔叶复层次生林胸高断面积年均生长量（BAI）受个体大小、试验林、林层等因素的影响。【方法】以赣南地区3个林分结构各异的阔叶次生林试验林为研究对象，根据树高及树种组成的差异，分别将3个试验林划分3个林层和6种经营类型，采用分位数回归模型，设19个分位数（τ∈{0.05,0.10,0.15，…，0.90,0.95}），建立了胸高断面积年均生长量与胸径（DBH＿2021）、高径比（H＿D＿ratio）、林层、试验林类型、经营类型等之间的非线性回归关系，并采用了AIC、Rτ2、MAD、MD等指标评价各分位数回归模型。【结果】1)3个试验林之间的BAI差异显著，但同一试验林内作业样地和对照样地的BAI差异在统计上表现不显著；2)AIC值最低时的分位数回归模型为log(BAI)τ～log(DBH＿2021)+DBH＿2021+H＿D＿ratio，分位数τ=0.45时，BAI的分位数模型最优，此时BAI的最佳分位数回归模型的拟合系数Rτ2为0.535 3，考虑林层、试验林类型、经营类型时，拟合系数又分别提高了10%，分别为0.638 3（考虑林层、试验林类型）、0.638 9（考虑林层、经营类型）；3)log(DBH＿2021)、H＿D＿ratio、林层、发育阶段、经营类型对BAI的影响都是正效应。【结论】基于胸径、高径比、林层、试验林类型、经营类型构建的单木胸高断面积生长分位数模型可为阔叶次生林的提质增效技术提供量化依据。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
王宝莹 梁瑞婷 谢运鸿 邱思玉 孙玉军
【目的】探索树高-胸径模型构建新方法，将分位数回归与非线性混合效应法相结合应用于树高-胸径模型构建，以此提高模型的拟合精度。【方法】利用2018年福建省将乐国有林场30 m×30 m固定样地1 306株杉木的实测树高、胸径数据，从4个树高-胸径模型中筛选拟合效果最好的为基础模型，基于基础模型分别采用非线性混合效应、分位数回归以及非线性分位数混合效应构建树高-胸径模型。采用评价指标均方根误差（RMSE）、调整后决定系数（Ra~2_(dj)）和均方差（MSE），对各模型的拟合结果进行评价比较，采用赤池信息准则（AIC）、贝叶斯信息准则（BIC）以及对数似然函数值（Loglik）比较各最优模型的拟合精度和预测精度。【结果】根据评价指标对比显示，Logistic模型为基础模型。非线性混合效应模型的拟合效果最优（AIC为3 953.986,BIC为3 988.199,Loglik为-1 969.993），非线性分位数混合效应模型（AIC为3 979.418,BIC为4 028.293,Loglik为-1 979.709）次之。模型拟合效果排序为非线性混合效应模型>非线性分位数混合效应模型>基础模型>分位数回归模型。比较各模型的残差图可知各模型均不存在异方差现象，预测效果排序为非线性混合效应模型>非线性分位数混合效应模型>基础模型>分位数回归模型。【结论】本研究将分位数回归与非线性混合效应法相结合，该方法对分组数据结构中不同分位点个体间的差异与关联做出解释，提高了模型的稳定性以及拟合精度，将该方法应用到树高-胸径关系的研究上是一个可行的思路，为构建树高-胸径模型提供新方法。
[期刊] 林业科学
[作者]
李春明 赵丽芳 李利学
【目的】基于混合效应模型和零膨胀模型方法构建林分水平枯损模型,为选择科学的经营措施提供理论依据。【方法】以吉林省1994年设置的295块蒙古栎固定样地为数据源,236块样地作为模拟数据,59块样地作为验证数据。构建基于林分因子、立地因子和气象因子的蒙古栎林分水平枯损模型,其基本形式包括泊松分布和负二项分布。考虑样地中存在大量零值问题,在基础模型上加入零膨胀和零改变模型。为解决模型的嵌套和纵向数据问题,在构建模型时考虑样地的随机效应,选择验证数据进行精度验证。【结果】样地断面积、株数和最暖月平均气温是枯损概率和数量最重要的影响因子;考虑样地随机效应后,可明显提高模型模拟精度;负二项分布模型因考虑数据过度离散问题,模拟精度高于泊松分布。【结论】同时考虑随机效应和零膨胀的负二项分布模型,其模拟效果最好。
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
李春明 李利学
【目的】林木的进界是确保森林长期维持的基本条件,而进界模型能够预测森林的发展,是量化森林生态系统未来健康和生产力的基础。【方法】以吉林省1995年设立的295块蒙古栎固定样地数据为例,构建基于林分因子、立地因子及气象因子的蒙古栎林林木进界模型。模型的基本形式包括泊松分布和负二项分布两种离散形式。考虑到样地中存在大量零值的问题,在这些基础模型上考虑加入零膨胀模型。为了解决模型存在的嵌套和纵向数据问题,在构建模型时把样地的随机效应考虑进去。最后利用验证数据来验证。【结果】林分算数平均直径和林分公顷株数是影响林木进界概率和数量最重要的影响因子,并且均与林木进界概率和数量呈反比。立地和气象因子中的各项因子对进界均没有产生明显影响。负二项分布模型由于考虑了数据过度离散问题,模拟精度要高于泊松分布;在考虑样地的随机效应后,除了标准负二项分布模型外所有模型都明显提高了模型的模拟精度;同时考虑随机效应和零膨胀的负二项分布模型,其模型的模拟效果最好,验证结果也支持此结论。【结论】为了确保进界的发生,在进行森林经营时,确定合理的初植和经营密度至关重要。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
王建军 陈科屹 何友均 吕延杰 许单云 何亚婷 谢和生 卢佶
【目的】构建兴安落叶松Larix gmelinii天然林3个主要树种组的断面积生长混合效应模型，提高断面积生长模型的预估精度，为兴安落叶松天然林的林分生长动态研究提供参考。【方法】以大兴安岭林区兴安落叶松天然林的主要树种组（兴安落叶松、白桦、栎类）为研究对象，采用四期森林资源连续清查的626块复测样地数据，首先使用多元逐步回归方法建立单木断面积生长模型，其次在最优基础模型的基础上，引入样地随机效应，建立单木断面积生长混合效应模型，最后对模型进行检验。【结果】期初胸径（D）的倒数（1/D）、每公顷株数（N）、大于对象木的胸高断面积和（BL）、对象木胸径与林分算数平均胸径之比（BL/D）、海拔（E）以及坡度和坡向的组合（Tc）对兴安落叶松天然林单木断面积的生长有显著影响（P<0.05）。考虑样地随机效应的混合效应模型的赤池信息准则（AIC）、贝叶斯信息准则（BIC）明显降低，对数似然值（LogLik）明显增大。引入异方差函数和自相关结构后，提高了混合效应模型预估的精度；混合效应模型的平均绝对误差（Bias）和均方根误差（RMSE）均比基础模型的低，兴安落叶松、白桦、栎类最优混合效应模型的R2分别由0.435提高到0.658、由0.354提高到0.489、由0.307提高到0.379。【结论】与基础模型相比，考虑层次结构的混合效应模型能显著地改善模型的拟合效果，为内蒙古大兴安岭地区兴安落叶松天然林的林分生长动态预测提供了具有生物学意义和统计学可靠性的断面积生长模型。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
夏杰 周根苗 易烜 王盼琦 吕勇
【目的】为准确预估单木冠长，在再参数化的基础上构建基于混合效应的单木冠长模型，为华北落叶松区域经营、生产、科研提供理论依据及模型参考。【方法】以山西省五台山和庞泉沟地区116块样地2 745株华北落叶松次生林为例，建立单木冠长模型，从9个冠长-胸径候选模型中选取最优基础模型；除胸径外还考虑其他6个林木、林分因子对冠长的影响，通过逐步回归分析选择影响最为显著的因子构建冠长再参数化模型；最后引入样地随机效应，构建含混合效应的华北落叶松次生林单木冠长模型，选用3个常用异方差消除函数中最优者消除混合效应模型的异方差性。【结果】9个候选模型尤以Logistic形式的冠长-胸径模型拟合精度最优，效果最好（R2=0.569 9,RMSE=3.812 7,MAE=3.022 3）；其他6个林木、林分因子中高径比（HDR）和公顷株数（N）对冠长的影响最为显著，将显著性因子高径比（HDR）和公顷株数（N）纳入最优基础模型构建再参数化模型，模型确定系数（R2）从0.569 9提升到0.700 5，提升了22.9%，均方根误差（RMSE）从3.812 7降低至3.181 6，下降了16.6%，平均绝对误差（MAE）从3.022 3降低至2.410 7，下降了20.2%；在再参数化方法的基础上构建混合效应的单木冠长模型，引入样地水平作为随机效应因子作用在固定参数a上，混合效应模型确定系数（R2）从0.700 5提升至0.813 6，提升了16.1%，均方根误差（RMSE）从3.181 6降低至2.512 0，下降了21.0%，平均绝对误差（MAE）从2.410 7降低至1.837 3，下降了23.8%；选用指数方差函数能够有效地消除模型异方差性，残差分布范围更小，分布更均匀。【结论】在再参数化基础上构建混合效应模型能更加准确地预估林木冠长，为华北落叶松次生林区域性的森林经营活动提供科学依据。
关键词：
华北落叶松 冠长 混合效应 单木 次生林
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
王帅玲 龙时胜 曾思齐 杨盛扬
【目的】构建湖南栎类次生林林分断面积生长模型,为其经营措施和生长收获预估提供理论依据。【方法】以湖南省6期国家连续清查数据(1989—2014年)中以栎类为优势树种或主要树种的样地为研究对象。选用7种常用的生长理论方程,以林分断面积为因变量,年龄为自变量构建基础模型。通过评价指标选出最优基础模型,构建含有地位指数、林分年龄和林分株数的混合效应模型(林分株数为随机变量)和参数化模型(林分株数为连续变量),比较基础模型、混合效应模型和参数化模型拟合效果的差异。【结果】3种模型的预估精度由高到低为:参数化模型(98.36%)、混合效应模型(97.71%)、基础模型(92.84%),最终将参数化模型作为湖南栎类次生林林分断面积生长模型。在林分年龄、林分株数及地位指数中任意两个影响因素相同时,林分断面积总生长量(林分断面积5 a的生长量)随着另外一个因素的增加而增加,且密度越大,相邻两个密度的断面积总生长量差距越小;5 a的生长量到最大值后密度越大生长量减少速度越快;其他因素相同时,林分株数越多,生长量最大值出现的越早(20 a),地位指数越大,断面积5 a的生长量越大。【结论】以林分株数为连续变量的参数化模型生成的湖南栎类次生林林分断面积总生长量曲线、5 a的生长量曲线符合林分生长规律,且预测精度较高,可以为湖南栎类次生林的经营措施提供科学理论依据。
[期刊] 林业科学
[作者]
符利勇 张会儒 唐守正
从理论上介绍一阶线性化算法和一阶条件期望线性化算法求解非线性混合效应模型参数,并利用这2种算法分别对杉木优势木平均高进行拟合(选用常用的Logistic模型作为基础模型,把区组作为随机效应因子)。结果表明:2种算法对杉木优势木平均高进行拟合时精度都很高。通过对2种线性化算法进一步比较可得,在分析单木水平非线性混合效应优势木平均高模型时,2种算法拟合效果非常接近,因此在实际应用中可以选择其中任意一种算法对杉木优势木平均高进行拟合。
[期刊] 林业科学
[作者]
李春明
基于两层次线性混合效应模型方法,建立江西省杉木人工林单木胸径生长量模型。研究所用数据来自于长期观测的固定样地数据,数据库包括82个区域、365个样地、5416株树木共计16248条记录。为了解决不同区域及不同样地之间的差异,本文构建的混合模型分别考虑样地层次、区域层次及两层次的随机参数效应。针对数据存在的重复测量及嵌套结构特性,在模拟时选择合适的异方差和自相关模型矩阵来解决此类问题。最后利用独立的抽样验证数据对模拟结果进行验证。结果表明:林分断面积、对象木胸径、林分内大于对象木的断面积之和与对象木胸径的比值以及海拔对单木胸径生长量有显著影响。与林业中常用的传统最小二乘方法相比,采用混合效应模型...
[期刊] 北京林业大学学报
[作者]
姚丹丹 徐奇刚 闫晓旺 李玉堂
【目的】贝叶斯统计法在提高模型参数稳定性上有较大的优势,研究贝叶斯方法在单木枯死模型中的应用,改进模型参数的估计方法,为蒙古栎天然林林分生长收获与经营管理提供参考。【方法】以蒙古栎天然异龄林为对象,基于202块固定样地数据,利用二分类Logistic模型构建基于经典概率统计法、贝叶斯法和分层贝叶斯法的蒙古栎单木枯死模型。随机抽取80%的数据用于建立模型,剩下的20%用于检验模型,利用经典概率统计法(非线性最小二乘法)、有先验信息的贝叶斯统计法和无先验信息的分层贝叶斯统计法进行参数估计,分析模型的表现和参数分布。模型的拟合效果通过计算ROC曲线下的面积AUC(Under Curve)来判断,并利用Pearson-χ2检验来检验模型的拟合优度。【结果】(1)贝叶斯法与传统极大似然法的估计值相近,且其估计参数的标准差小于传统方法。(2)贝叶斯法估计参数的可信区间最小,比传统极大似然法的置信区间小6.0%～31.8%。层次贝叶斯法估计参数的可信区间最大,比传统极大似然法的置信区间大11.2%～185.0%。(3)拟合效果最好的是层次贝叶斯法,其模型AUC值为0.83,贝叶斯法与传统极大似然法模型的AUC值均为0.73。【结论】层次贝叶斯法在拟合枯死模型方面具有明显的优势,拟合效果最好,模型预估精度最高。
[期刊] 林业科学
[作者]
符利勇 孙华
以湖南省黄丰桥国有林场103块样地共2461株杉木为例,建立单木冠幅模型。由于所调查数据是在不同立地条件下相同样地中重复观察得到,数据间存在明显相关性,为解决此问题,将考虑立地指数和样地对冠幅生长的随机影响,即建立嵌套2水平非线性混合冠幅模型。从12个常用林分模型中选出较好的冠幅直径模型作为构建混合模型的基础模型。除胸高直径外,还考虑其他17个林分或树木因子对冠幅的影响。通过指标AIC(akaike information criterion)和对数似然确定最佳形式参数随机效应组合类型,用指数函数、幂函数以及常数加幂函数3种形式的残差方差模型消除异方差,最后对混合模型和传统回归模型进行比较及评...
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