Quantification of hygroscopic dead branch movement on boreal forest trees using permanent terrestrial laser scanning
Vanessa Guthier · Hannah Weiser · Mariana Campos 等 5 人
利用永久地面激光扫描量化北方森林枯枝的吸湿运动，发现其与木材平衡含水率强相关。
非刚性配准方法分析每小时激光扫描数据，结合线性混合效应模型。
枯枝运动主要由吸湿驱动，针叶树日间下移夜间上移，滞后于含水率约3.5小时。
可延伸至利用激光雷达时间序列监测树木活力衰退，开发早期预警方法，并探索不同树种和气候条件下的普适性。
研究利用激光扫描量化枯枝湿度驱动运动，为树木活力监测提供新方法，具科研价值但应用尚远。
枯枝是树木健康状况的指示器，能够揭示水分关系与胁迫、结构不稳定性和病害等方面的信息。我们假设枯枝表现出由湿度敏感的反应层和正常木质层构成的双层结构所驱动的吸湿性运动。因此，这些运动可以通过近程遥感时间序列进行检测，以识别枯枝用于生态分析。我们分析了芬兰Hyytiälä地区北方森林的小时级永久激光扫描数据，监测了17棵树（16棵针叶树，1棵阔叶树），历时3.5天，期间降水量小于1毫米/小时，风速小于3米/秒（共933次观测）。为检测枝条运动，我们开发了一种专用方法，采用非刚性配准技术，将运动量化为枝条方向与垂直方向之间夹角的变化。线性混合效应模型检验了枝条角度与模拟木材平衡含水率（EMC）之间的关系，考虑了长达8小时的时间滞后。结果表明，所有被研究的枝条均遵循清晰、系统的运动模式：针叶树枝条白天向下移动，夜间向上移动，平均运动幅度为23±11厘米，平均滞后于EMC约3.5±1.4小时。阔叶树枝条表现出相反的模式，与我们的假设一致。枝条运动与EMC强相关，证实了吸湿性机制的存在。我们得出结论：系统性、日周期的枯枝运动主要受吸湿性驱动，并且在高时间分辨率地面激光扫描的野外条件下可以被可靠捕获。量化活树上单个枯枝的独特运动模式，可能有助于开发树木活力衰退早期检测的新方法。