[学术讨论] 植被覆盖相关术语与定义探讨

关键词：植被、盖度、定义、术语 作者：ludwig1860 日期：2023.4.23

最近我在植被覆盖度fCover及其相关量的估算方面的综述论文《Review of ground and aerial methods for vegetation cover fraction (fCover) and related quantities estimation: definitions, advances, challenges, and future perspectives》发表在了ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing期刊上，算是我从读研开始到现在，在fCover方面工作的一个总结与观点陈述。

论文中第一章花费了较大的篇幅，详细阐释fCover的定义以及相关或相近变量的定义与区分方法。我自信这应该是迄今最为系统地阐释fCover与相关变量的区别于联系的论文了。

这篇博客仅仅就盖度相关变量的术语与定义做一些探讨，其应用价值与估算方法则可以具体去看论文。

首先说植被这个词，它是地球表面所覆盖的植物的总称，所以但凡某个术语中用到了“植被”这个词，其必然指的是地上的所有植物。比如一个森林生态系统中包含乔木、灌木、草，那么植被就是这些植物的总和。

研究植被，不同学者关注的是不同的尺度，比如：

生态学家往往采用分子-组织-器官-单株-种群-群落-生态系统-生物圈尺度;

农学家往往采用小区-样地-田块尺度；

林学家往往采用单木-林分-景观尺度，在管理时则往往采用小班-林班

植被遥感学家往往采用单株-子冠层-冠层

遥感学家（偏重图像处理）有时采用像元-亚像元尺度。

特别地，尤其是对于森林，我们有时候会遇到冠层canopy和树冠crown两个词：

植被覆盖度，英文常称为vegetation cover fraction (fCover)、fractional vegetation cover(FVC)、，定义为：单位水平地表面积上地上植被所有部分的垂直投影面积

The vertical projection area of aboveground vegetation elements per unit horizontal ground surface area

这里有以下几点需要注意：

木本、禾本科和草本甚至苔藓植物均可纳入地上植被；

垂直投影，所谓的垂直指的是垂直于水平表面，具体投影方式为平行投影而非中心投影；

严格意义上说，垂直投影这一表述要求观测的时候也是垂直投影（即天底观测，或垂直于水平面观测），而这很难在实际观测中达到，无论是影像还是激光雷达，总有或多或少的角度影响，而这基本很难实现校正。

以水平地表为参考，核心还是为了标准化以便对比；

地上植被的所有部分理论上包含茎、秆、枝、叶、穗、花等，无论颜色，无论光合与非光合部分，都被包含在内

实际上默认是绿色（或光合）部分的叶片与茎秆。因此遥感估算的fCover严格意义上说是green fCover 或green vegetation fraction (GVF)。

有效冠层覆盖度，英文常称为effective canopy cover，很多文献也采用foliage projective cover、canopy element cover，定义为：单位水平地表面积上植被冠层元素的垂直投影面积。

The vertical projection area of overstory (e.g., forest) or aboveground (e. g., cropland) vegetation elements per unit horizontal ground surface area.

需要注意的是：

既然是植被冠层元素的垂直投影，那么就要求去除植株内的间隙；

有效effective一词可以理解为对于垂直投影存在有效遮挡；

不同的测量手段往往导致实际统计到的冠层元素并不相同，比如激光雷达难以区分绿色叶片与枝干，而影像一定程度上可以进行区分；

对于农作物、草地来说，有效冠层覆盖度完全等同于植被覆盖度，而对于森林来说，有效冠层覆盖度通常特定指的是乔木冠层元素的覆盖度。

对于农作物、草地来说，常用的一些替代术语有：percentage cover, canopy cover, green cover, vegetation cover, foliage cover, ground cover.

树冠覆盖度，英文常称为crown cover，定义为：单位水平地表面积上树冠包络的垂直投影面积，且并不重复统计重叠树冠。

The vertical projection area of the tree crown envelops (the outermost perimeter of the natural spread of the foliage) per unit horizontal ground surface area. 以下几点需要注意：

树冠包络的垂直投影必然是将树冠视为实心几何体，也就是说并不剔除树冠内部的间隙；

对于森林来说，树冠覆盖度与有效冠层覆盖度的核心区别就是树冠内部的间隙是否去除。

这两个概念的存在是因为不同学科领域的关注点并不同，比如研究植物生理的学者更加关心冠层元素，研究光截获、降水截获、蒸散发的学者也是如此，而研究森林生长与森林经营管理的学者，则更关心树作为一个整体。

传统林业领域往往还会用到 郁闭度canopy closure这一概念，而这一概念很大程度上是起源于传统林业观测手段难以实现垂直观测，通常是存在较大视场角的观测。从最终目标的角度来说，林学家所说的郁闭度实际上是树冠覆盖度；

生理生态学家也会用到 郁闭度canopy closure这一概念，而他们由于常常研究林下的光环境，所以将这一概念定义为：从林地一点向上仰视,被树木枝体所遮挡的天空球面的比例 （The hemispherical projection of the sky obscured by vegetation elements when viewed from a single point on the ground.）。此时1-郁闭度即为冠层开放度 canopy openness。

分层覆盖度，英文常称为stratified vegetation cover，其实对应的并非一个数值，而是一个廓线profile，即把地上植被分为多层，分别统计每一层的有效覆盖度。

The vertical projection area of vegetation elements of a specific vegetation stratum (e.g., forest) per unit horizontal ground surface area.

注意事项为：

方向覆盖度，英文可称为canopy fraction、green fraction，定义为：单位水平地表面积上所有植被或冠层植被元素的方向平行投影面积。其与gap fraction的加和为整数1。

The directional projection area of overstory (e.g., forest) or aboveground (e. g., cropland) vegetation elements per unit horizontal ground surface area.

需要注意：

方向覆盖比是一个角度相关量，虽然带有覆盖一词，但其重点在于方向；

天底方向或0°的方向覆盖比就是fCover或有效冠层覆盖度；

数学上，植被在垂直于某一方向的投影面积比 与 植被在水平面上的方向投影面积比 是相等的，因此我们在其定义中采用单位水平地表面积这一表述；

前面介绍了各种定义以及不同学科领域常用的尺度，那么这些定义分别适用于什么尺度呢？ 我的个人理解如下：

以上定义均适用于冠层尺度或者说由多个植株组成的群落或斑块。因为盖度这一系列概念评估的必然是相对较大一块区域的，对于单株尺度使用盖度这些描述，并不存在明确的实用意义；

随着遥感分辨率的逐步提升，现在已经有1米以下的卫星影像以及几十厘米的航空影像甚至几个厘米到几毫米的无人机/地面影像，如果去关注几个厘米的覆盖度情况，实用意义并不大。但是把几个厘米分辨率的像元做准确，却可以为相对较大区域的聚合得到准确的盖度提供支撑。

几个厘米甚至几个毫米分辨率下，盖度这一表述也不再合适了，更适合采用类似覆盖与否的表述。

尽管我已经查阅了上千篇盖度相关的文献，也请教了多个学科领域的学者，但是不得不说，以上也只是我的一家之言，一个倡议，欢迎各位看官交流探讨，批评指正。