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周国模:无线传感技术可有效监测城市森林环境

媒体:中国经济网  作者:曹伟
专业号:关注森林 2011/7/19 6:50:44

中国经济网大连6月19日讯(记者曹伟)第八届中国城市森林论坛市长、专家专题演讲今日在大连举行。浙江农林大学校长周国模就“城市森林环境效应监测技术”为题在论坛上进行了讲解,从技术层面详细分析了城市森林在改善城市环境中的作用,进一步论证了森林进城的重要意义。他在发言中指出,无线传感网是沟通物理世界和数字世界的有效工具,能够很好的实现人、社会和物理世界的融合。

浙江农林大学校长周国模教授。中国经济网记者姚宇摄。



以下为嘉宾发言全文:

各位专家、代表!城市森林具有很好的生态服务功能,环境效应非常明显,所以如何科学、准确地来监测这些效应,需要发展新的技术。今天我向大家简要介绍一下我们这几年所做的一些尝试。今天报告主要从四个方面做一个介绍。

现在国内外以及我们国家林业局都对城市森林的概念做了一些定义,城市森林在我们整个城市建设当中非常重要,所以建设城市森林应该说是各级政府非常重视、群众拥护,林业主管部门也是尽心尽力,城市森林已经成为现代城市建设当中一个重要的组成部分。概括起来,城市森林已经成为森林的重要部分;城市森林已经成为城市重要的生态设施,成为城市改善、环境、品质提升的一个重要的抓手。

城市森林的结构特征,我们知道城市森林在组织结构、功能目标上明显表现出与一般森林不一样的特点,城市森林主要是通过人为强制干预形成的,城市森林现在应该说人为干扰比较强烈,结构高度异质、类型复杂多样。

从城市森林环境效应来看,主要有经济环境效应、社会环境效应与生态环境效应,从生态环境效应看主要有调节小气候、降温增湿、缓解城市热岛、固碳释氧、杀菌、滞尘、净化空气等等。城市森林生态环境效应是城市森林的主体服务功能,也是我们评估和研究的重点。

现在监测面临的一些问题。对城市森林的监测是科学评价城市生态服务功能、科学分析城市森林结构功能关系的基础和关键。可以为城市生态规划、城市建设规划和城市森林合理构建提供生态学基础。现在面临的一个问题,因为城市森林的异质性的问题,监测非常重要,但城市森林结构复杂性、分布破碎性、交互频率性、空间异质性使生态环境效应监测变得十分困难。

传统监测方法的不足。传统的监测分子,比如说我们缓解城市热岛效应,我们通常采用气象站点、定点观测法、运动样带法、遥感监测法、模型模拟法等等。表明是某一个时段上的观测,不能反映不同不断温度变化,包括传统监测分子里,固碳释氧,我们利用Li-6400等光和测定仪测定植株叶片光和速率、蒸腾速率等等。

监测的基本特点,一个是小范围,一个是个别类型,一个是采取典型的监测。小气候和热导效应,受局部环境影响大,测点变动极大影响分析结论,难以模拟或获取大面积湿度场分布。固碳释氧、杀菌滞尘,个体叶表面特性、树体结构、枝叶密度决定了功能差异,典型定点观测难以反映城市森林的整体生态环境效应状况。而且我们讲城市森林生态功能具有明显的时间特征,某一个时间点上的所测数据不能代表一个时段,甚至一天的活动状况。所以面对复杂多样的城市森林结构,迫切需要良好的失控响应技术来监测和揭示其环境功能。

无线传感技术和优势。主要采用无线多跳自组织网络技术,节点数量可以达到成千论万规模。利用多类型传感器,同步采集大范围多监测点的环境因子数据。这个主要特征,一个就是节点可以成千论万,第二个全天后实时监测,第三个多环境因子的同步感知。所以无线传感网是沟通物理世界和数字世界的有效工具,能够很好的实现人、社会和物理世界的融合。在污染整治、交通管理、生态建设方面提供优势。比如林内小气候监测、森林空气质量监测和森林土壤水质监测等等。

从无线监测方法来看,空间上是小范围,时间上异步,粒度上是离散,光度上人类日常活动区域,成本上人力密集,不能全面反映城市森林生态环境真实情况,所以一定要做到大范围布设测量,异步与同步融合,连续观测,要少人工或者无人工。从定点监测和模型估计做出连续的准确数据统计。

最后把我们的应用和结构做一些介绍。我们在浙江天目山地区建成了一个系统,已在真实的森林环境中稳定运行。在我们学校校园林布置了300多个结点的系统,进行林内光照、湿度二氧化碳等因子长期、连续监测。我们校园林的森林跟我们城市森林非常想象,在人工干扰下形成的。

数据收集程序和数据格式,这里想解释一下数据的格式,时间精确到2011年3月8号19:16:12:778,这里就是我们一些光照、温湿度的数据。某一个结点里面,24小时光照的变化,可以以一个小时为单位,理论上可以以秒为单位。这里不同的位置在同一个时间段里光照的比较,某一个结点连续的数据,可以看到一天光照有两个高峰,另外林内光照强度低于林缘和林外。再一个温度的动态,一天当中温度的最高点和最低点在什么地方。第三个是湿度变化,林内湿度高于林缘和林外。通过这个我们可以再进行一些数据挖掘,比如林内温湿度有什么相关性等等。

森林结构测评与模拟,我们感知数据以后进行理解,通过这个感触数据可以把整个森林划作光照的等值线、温度等值线,包括郁闭度等值线等,可以模拟森林结构模拟,更好指导城市森林的营建。

我们的初步结论是无线传感网络技术是科学、精准监测城市森林环境效应的有效工具。谢谢大家。

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