我校园林学院王蕾教授团队在城市生态领域权威TOP期刊《Sustainable Cities and Society》、《Agricultural and Forest Meteorology》、《Forest Ecology and Management》发表了城市森林三维结构与固碳调温功能遥感监测方向的研究论文，创新性地建立了可重复的城市森林结构多样性参数估算体系，研发了基于结构多样性异速生长关系的城市森林地上生物量估测方法，解明了城市森林结构多样性影响冠层降温效应的日间与季相变异规律，对推动城市内森林碳汇的快速大规模评估、推进城市景观气候适应性规划具有重要意义。

城市森林冠层结构多样性直接影响生态系统内部的物质能量分布。然而，结构多样性“物理排列-三维体积-生物生理”的多维复杂特征难以准确量化，严重阻碍了城市森林生态系统多功能性的稳序提升。王蕾教授团队改进了无人机近地遥感获取城市森林冠层结构的关键方法，实现了基于高密度激光雷达点云优化的冠层垂直结构、异质性与密度特征估算，构建了城市森林结构多样性的参数集。

进一步探讨了通过结构多样性异速生长模型估算城市森林地上生物量的最佳参数组合、估算精度，确定了经相关性筛选的结构多样性能够通过异速生长的幂律关系提高地上生物量估算精度至0.799（R²_b=0.799，RMSE_b=2.79 kg/m²，MAE_b=2.194 kg/m²），实现了地上生物量高精度估测和空间连续制图（图1），为简单快速的城市森林地上生物量估算提供了一种便捷、高效的方法。

图1 结构多样性异速生长建模的地上生物量估算结果对比及空间可视化

此外，证实了结合激光雷达、多光谱与热红外数据，融合所有特征的数据集对城市森林物种分类具有更优的分类精度（OA=0.80, kappa=0.78）。解明了物种与群落尺度上、不同季节的物种冠层降温效果主要受到垂直结构、外部和内部异质性，以及冠层叶密度指数的影响，创新性地证实了物种空间连通性对城市森林降温效应的显著作用（图2），推进了城市森林物种与结构优化措施的具体实施。

图2 城市森林结构多样性、物种多样性与降温效果的非线性关系及其关键阈值

该研究为城市森林在应对碳中和、解决气候危机中的重要性提供了新的科学依据。本研究受到国家自然科学基金面上项目和中央高校等项目的资助。

园林学院博士研究生贾佳、翟雅琳分别为论文的第一作者，园林学院王蕾教授和野生动物与自然保护地学院姚允龙副教授为论文的通讯作者。中国科学院沈阳应用生态研究所何兴元研究员、中国科学院东北地理与农业生态研究所任志彬副研究员，以及美国威斯康星大学麦迪逊分校的叶智威博士也对该研究做出了重要贡献。

论文链接：

[1] Zhai Y, Wang L, Yao Y, et al. Spatially continuous estimation of urban forest aboveground biomass with UAV-LiDAR and multispectral scanning: An allometric model of forest structural diversity[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2025, 360: 110301. (https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2024.110301)

[2] Jia J, Wang L, Yao Y, et al. Nonlinear relationships between canopy structure and cooling effects in urban forests: Insights from 3D structural diversity at the single tree and community scales[J]. Sustainable Cities and Society, 2025, 118: 106012. (https://doi.org/10.1016/j.scs.2024.106012)

[3] Jia J, Wang L, Yao Y, et al. Canopy niche diversity and complementarity impact the forest vertical thermal environment in an urban area[J]. Forest Ecology and Management, 2024, 563: 121979. (https://doi.org/10.1016/j.foreco.2024.121979)