東北地理所在森林健康狀況遙感評(píng)價(jià)研究中取得進(jìn)展
森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生物圈的主體，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。森林健康狀況是進(jìn)行生態(tài)評(píng)估和科學(xué)管理的重要基礎(chǔ)，體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、恢復(fù)力、碳儲(chǔ)存能力、木材生產(chǎn)力等方面。多源遙感數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)及機(jī)器學(xué)習(xí)算法的廣泛應(yīng)用，使得多尺度、高精度的森林植被重要生態(tài)參數(shù)遙感反演取得了突破性成果，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。
長(zhǎng)白山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)1980年加入聯(lián)合國(guó)教科文組織國(guó)際“人與生物圈”保護(hù)區(qū)網(wǎng)，現(xiàn)存的大片原始森林被視為歐亞大陸最典型的動(dòng)植物種類豐富的天然復(fù)合體。在氣候變化和人為因素的綜合作用下，保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況如何？區(qū)域尺度上是否存在顯著的空間差異？上述問題亟待解答。基于多源遙感數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)森林重要生態(tài)參數(shù)遙感估算與健康狀況綜合評(píng)估，對(duì)于理解森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的空間變異規(guī)律，支撐長(zhǎng)白山保護(hù)區(qū)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。
中科院東北地理所地理景觀遙感學(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-2L波段雷達(dá)數(shù)據(jù)、Sentinel系列衛(wèi)星的C波段雷達(dá)和可見光影像、ALOSDSM數(shù)據(jù)和大量的野外調(diào)查數(shù)據(jù)，開展了長(zhǎng)白山森林結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)的遙感反演研究，并將其應(yīng)用于森林健康狀況評(píng)價(jià)。該研究系統(tǒng)分析了遙感因子與各參數(shù)的關(guān)系，并通過統(tǒng)計(jì)回歸、隨機(jī)森林、隨機(jī)森林克里金等空間建模方法，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，構(gòu)建了長(zhǎng)白山國(guó)家自然保護(hù)區(qū)森林健康狀況評(píng)價(jià)模型，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了不確定性分析。
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)量狀況差異并不大，但核心區(qū)的森林質(zhì)量狀況變異系數(shù)最高。本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。
該研究由東北地理所博士生陳琳、任春穎研究員、張柏研究員、王宗明研究員和美國(guó)羅德島大學(xué)王野喬教授等共同完成，成果發(fā)布在RemoteSensing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）等項(xiàng)目資助完成。論文信息列表如下：
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.
圖1 長(zhǎng)白山保護(hù)區(qū)森林健康狀況參數(shù)反演及評(píng)價(jià)結(jié)果圖
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