【中科院之聲】森林健康可評(píng)估 多源遙感顯神通
森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，在保障陸地生態(tài)系統(tǒng)功能和緩解全球氣候變暖等方面發(fā)揮著不可替代的作用。然而，人類活動(dòng)劇烈和氣候變化的大背景下，森林遭受著前所未有的巨大干擾。作為進(jìn)行生態(tài)評(píng)估、森林科學(xué)管理和保護(hù)的重要基礎(chǔ)，森林健康也成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。
在不同尺度上，森林健康具有不同的內(nèi)涵、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和方法：
作為一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，即立木尺度，健康通常指樹(shù)木沒(méi)有疾病，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)包括枯木量、抗病性、遺傳變異性、是否有疾病、是否有損壞、生長(zhǎng)量等，所采用的主要評(píng)判方式是以點(diǎn)和巡游形式的野外調(diào)查；
森林生態(tài)系統(tǒng)尺度上，森林健康的定義是指能夠提供正常的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及對(duì)干擾具有一定的恢復(fù)力，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)包括生境質(zhì)量、群落結(jié)構(gòu)、土壤肥力、木材產(chǎn)量、蟲害和葉面積等，所采用的評(píng)估方式主要依托樣方點(diǎn)的野外調(diào)查和遙感技術(shù)；
景觀尺度上，森林健康的內(nèi)涵則更為復(fù)雜，其評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)包括演替多樣性、連接度、斑塊性、水質(zhì)、木材供應(yīng)和美學(xué)價(jià)值等，所采用的評(píng)估方式也主要依托樣方點(diǎn)的野外調(diào)查和遙感技術(shù)；
就全球尺度而言，森林健康的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)包括了持續(xù)性、入侵性、滅絕性、碳儲(chǔ)存、能量流和物質(zhì)流等，所采用的評(píng)估方式主要依托遙感技術(shù)和通量塔等監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。
由此可見(jiàn)，多源遙感技術(shù)在各尺度森林健康評(píng)價(jià)中發(fā)揮著重要的支撐作用。衛(wèi)星遙感技術(shù)長(zhǎng)時(shí)間序列、大面積重復(fù)對(duì)地觀測(cè)、主被動(dòng)多傳感器等優(yōu)勢(shì)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法的廣泛應(yīng)用，在多尺度、高精度的森林植被重要生態(tài)參數(shù)遙感反演方面取得了突破性成果，也為森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況遙感評(píng)價(jià)提供了有效途徑。
典型森林類型照片（注：2017年7月拍于長(zhǎng)白山，從左到右、從上到下依次為長(zhǎng)白落葉松、魚鱗云杉、紅松、紫椴和槭樹(shù) ）
森林生態(tài)系統(tǒng)尺度的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)在各國(guó)各研究項(xiàng)目中各有不同，但多數(shù)都包含了群落結(jié)構(gòu)和功能等兩方面指標(biāo)。就中國(guó)森林清查中小班調(diào)查而言，主要涉及的相關(guān)指標(biāo)包括結(jié)構(gòu)層面的郁閉度、立木密度和林齡，和功能方面的蓄積量和土壤狀況（土壤厚度和類型）。結(jié)合全國(guó)小班調(diào)查中相關(guān)指標(biāo)和多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，利用各類遙感模型實(shí)現(xiàn)高效的森林健康狀態(tài)評(píng)價(jià)，對(duì)森林可持續(xù)管理與保護(hù)，維護(hù)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全等具有重要的科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所地理景觀遙感學(xué)科組研究人員選取林齡、郁閉度、立木密度、蓄積量和土壤肥力等重要生態(tài)參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于ALOS-2 L波段雷達(dá)數(shù)據(jù)、Sentinel系列衛(wèi)星的C波段雷達(dá)和可見(jiàn)光影像、ALOS DSM數(shù)據(jù)和大量的野外調(diào)查數(shù)據(jù)，構(gòu)建了森林健康遙感評(píng)價(jià)方法體系，并以長(zhǎng)白山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為例進(jìn)行了區(qū)域森林健康狀況評(píng)價(jià)與制圖。
該研究系統(tǒng)分析了遙感因子與各參數(shù)的關(guān)系，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)回歸、隨機(jī)森林、隨機(jī)森林克里金等遙感建模方法，反演獲得長(zhǎng)白山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)林齡、郁閉度、立木密度、蓄積量和土壤肥力等參數(shù)的空間分布；在此基礎(chǔ)上，利用主成分分析法確定各參數(shù)權(quán)重，繪制了長(zhǎng)白山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)森林健康狀況空間分布，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了不確定性分析。
（引自：Chen et al., 2019.）
研究發(fā)現(xiàn)，Sentinel-2影像的生物物理變量與森林郁閉度、立木密度具有較為顯著的廣義線性關(guān)系。L波段干涉雷達(dá)的地形因子和可見(jiàn)光的光譜指數(shù)在林齡和土壤肥力反演中貢獻(xiàn)較大。在雷達(dá)后向散射特征中，HV極化和VV極化對(duì)蓄積量、林齡和土壤肥力等參數(shù)空間變異信息更為敏感。高精度的遙感反演結(jié)果表明，長(zhǎng)白山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)森林郁閉度、立木密度和林齡均呈現(xiàn)沿海拔梯度升高而降低的分異規(guī)律。由森林健康狀況空間評(píng)價(jià)結(jié)果可知，長(zhǎng)白山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)森林健康狀況的空間差異主要受土壤肥力和蓄積量影響；不同功能區(qū)的森林質(zhì)量狀況有差異，核心區(qū)的森林質(zhì)量狀況變異系數(shù)最高。該研究提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)的森林健康狀況評(píng)價(jià)技術(shù)路線與方法，研究結(jié)果可以為保護(hù)區(qū)制定科學(xué)有效的森林管理和保護(hù)措施提供重要參考。
（引自：Chen et al., 2019.）
該研究由東北地理所博士生陳琳、研究員任春穎、張柏、王宗明和美國(guó)羅德島大學(xué)教授王野喬等共同完成，成果發(fā)布在 Remote Sensing 期刊上。該研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題（2016YFC0500300）和中科院青促會(huì)項(xiàng)目（2017277、2012178）等資助完成。
論文信息：Chen, L., Ren, C.*, Zhang, B., Wang, Z., Wang, Y.*, 2019. Mapping spatial variations of structure and function parameters for forest condition assessment of the Changbai Mountain National Nature Reserve. Remote Sensing 11, 3004, doi.org/10.3390/rs11243004.
附件下載：
吉公網(wǎng)安備22017302000214號(hào)
