径阶分布模型主要是以林木级作为模拟的基本单元，以直径分布模型和径阶转移模型为代表。这类模型比全林分模型复杂，但比单木模型简单，是一种过渡模型。1966年，英国生态学家M.厄舍（Michael Usher）受动物种群动态模拟数学方法的启发，将年龄结构的矩阵模型改为径阶结构的矩阵模型，建立了林分径阶转移模型。该类模型主要针对森林的择伐和疏伐作业，目的是探讨获得最大收获量的最优择伐和疏伐方式。之后有学者采用线性规划的方法来控制林分的径阶结构，以达到优化控制的目的。由于后来的应用者都只是照搬该模型的原样，因而该模型在结构上仍存在很多问题，从而限制了其在林分实践上的应用。与此同时，随着计算机技术的发展，概率密度函数逐渐引入该领域并得到迅速发展。截至2019年，已有很多学者采用各种树种和各种概率分布方法研究了直径分布模型，普遍认为韦布尔（Weibull）分布和β分布函数具有较大的灵活性和适应性，这两个分布函数能拟合单峰山状曲线及反J形曲线，并且拟合林分直径分布的效果较好，已应用在林分生长和收获模型中。

径阶分布模型包括：①以径阶分布模型为基础建立的模型，如参数预测模型和参数回收模型。主要是利用径阶分布模型提供林分总株数按径阶分布的信息，并结合林分因子生长模型预估林分总量。②传统的林分表预估模型。该方法是根据直径分布及其各径阶直径生长量来预估未来直径分布，并结合立木材积表预测林分生长量。③径级生长模型。按照各径级平均木的生长特点建立株数转移矩阵模型，并将矩阵模型中的径级转移概率表示为林分变量（、和等）的函数建立径级生长模型来预估未来直径分布。若径级转移矩阵与林分变量无关，则称为时齐的矩阵模型，多数研究表明转移矩阵是非时齐的，因此建模的关键是建立转移概率与林分条件之间的函数表达式。

在现代森林经营管理决策中，不仅需要掌握全林分总蓄积量，而且还需要掌握全林分各径阶的材积（或材种出材量）的分布状态，进而为经济效益分析决策提供依据。对于同龄林，广泛采用以直径分布模型为基础研建林分生长和收获模型的方法。同龄林分和异龄林分的典型直径分布不同，可依据林分直径分布的特征选择直径分布函数（如Weibull分布、β分布）。需要指出的是，异龄林分在建立以直径分布函数为基础的林分生长和收获模型时，其直径分布函数的参数估计不应使用林分年龄变量，可以间隔期代替建立参数动态估计方程，其他方法与同龄林基本相同。

林分生长和收获预测方法可分为现实林分生长和收获预测方法及未来林分生长和收获预测方法。两者相比，现实林分生长和收获预测方法较为简单，而未来林分生长和收获预测方法较为复杂，因为未来林分生长和收获预测与林分密度的变化有关，即在这个预测方法中要有林分密度的预测方程。

采用径阶分布模型的现实林分生长和收获间接预测方法是在已知林分单位面积林木株数的条件下，利用直径分布模型估计出林分单位面积上各径阶的林木株数，依据已有的树高曲线计算出各径阶林木平均高。使用相应的立木材积表（或材积方程）及材种出材率表（或材种出材率方程）计算出相应的径阶材积及材种出材量，汇总后即可求得林分总材积及各材种出材量。在实际工作中，一般要分别地位指数进行上述计算程序，因此应先依据林分调查数据确定该林分的地位指数，并作为选择材积表及出材率表的依据。

在现实林分收获量间接预测方法中，关键是选择适用的径阶分布模型。该方法假设林分的直径分布可用具有2～4参数的某一种分布的概率密度函数（如正态分布、Weibull分布、β分布、SB分布及综合γ分布等）来描述。根据直径分布模型参数估计方法的不同，现实收获量间接预测方法可分为参数预估模型和参数回收模型。①参数预估模型。参数预估模型是将用来描述林分直径分布的概率密度函数的参数作为林分调查因子（如年龄、地位指数、优势木高、每公顷株数等）的函数，通过多元回归技术建立参数预测方程，用这些林分变量来预测现实林分的林分结构和收获量。②参数回收模型。参数回收法假定林分直径服从某个分布函数，在确定的林分条件下，根据林分的算术平均直径（）、平方平均直径（）、最小直径（_min）与分布函数参数之间的关系，采用矩解法“回收”（求解）相应的参数，得到林分的直径分布，并结合立木材积方程和材种出材率模型预估林分收获量和出材量。

以径阶分布模型为基础的未来林分生长和收获间接预测方法与现实林分生长和收获间接预测方法相比要复杂一些，它不仅要求建立径阶分布模型的参数动态预测模型，同时还要求建立林分密度或林木枯损模型或方程。这是未来与现实林分生长和收获预测方法的区别之处，也是影响未来林分生长和收获预测方法质量的重要因素。为实现未来林分生长和收获的间接预测，任何径阶分布模型法都要依据林分调查因子的数值预测径阶分布模型的参数、未来林分密度及径阶林木平均高。

由于所有以径阶分布模型为基础的林分生长和收获预测体系，都需要预期年龄林分存活木株数的预测值，因此这类模型预测未来林分生长和收获的关键是相应枯损模型或方程的有效性。林分在自然发育（未受人为干扰）过程中，随着林分年龄和平均直径的增大，林木株数不断减少。为预测林分的未来株数，建立了许多自然稀疏模型和林分枯损方程。为区别基于林木大小（平均直径、树高和材积等）所构建的自然稀疏模型，将单位面积林分中存活木的株数与林分年龄的函数关系称为林分枯损方程或存活木函数。