【中科院之聲】森林健康可評估 多源遙感顯神通
森林是陸地生態系統的主體，在保障陸地生態系統功能和緩解全球氣候變暖等方面發揮著不可替代的作用。然而，人類活動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。作為進行生態評估、森林科學管理和保護的重要基礎，森林健康也成為全球關注的熱點問題。
在不同尺度上，森林健康具有不同的內涵、評判標準和方法：
作為一個獨立的個體，即立木尺度，健康通常指樹木沒有疾病，其評判標準包括枯木量、抗病性、遺傳變異性、是否有疾病、是否有損壞、生長量等，所采用的主要評判方式是以點和巡游形式的野外調查；
森林生態系統尺度上，森林健康的定義是指能夠提供正常的生態系統服務及對干擾具有一定的恢復力，其評判標準包括生境質量、群落結構、土壤肥力、木材產量、蟲害和葉面積等，所采用的評估方式主要依托樣方點的野外調查和遙感技術；
景觀尺度上，森林健康的內涵則更為復雜，其評判標準包括演替多樣性、連接度、斑塊性、水質、木材供應和美學價值等，所采用的評估方式也主要依托樣方點的野外調查和遙感技術；
就全球尺度而言，森林健康的評判標準包括了持續性、入侵性、滅絕性、碳儲存、能量流和物質流等，所采用的評估方式主要依托遙感技術和通量塔等監測網絡。
由此可見，多源遙感技術在各尺度森林健康評價中發揮著重要的支撐作用。衛星遙感技術長時間序列、大面積重復對地觀測、主被動多傳感器等優勢結合機器學習算法的廣泛應用，在多尺度、高精度的森林植被重要生態參數遙感反演方面取得了突破性成果，也為森林生態系統健康狀況遙感評價提供了有效途徑。
典型森林類型照片（注：2017年7月拍于長白山，從左到右、從上到下依次為長白落葉松、魚鱗云杉、紅松、紫椴和槭樹 ）
森林生態系統尺度的健康評價指標在各國各研究項目中各有不同，但多數都包含了群落結構和功能等兩方面指標。就中國森林清查中小班調查而言，主要涉及的相關指標包括結構層面的郁閉度、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）。結合全國小班調查中相關指標和多源衛星遙感數據，利用各類遙感模型實現高效的森林健康狀態評價，對森林可持續管理與保護，維護區域生態系統安全等具有重要的科學價值和現實意義。
中國科學院東北地理與農業生態研究所地理景觀遙感學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參數作為評價指標，基于ALOS-2 L波段雷達數據、Sentinel系列衛星的C波段雷達和可見光影像、ALOS DSM數據和大量的野外調查數據，構建了森林健康遙感評價方法體系，并以長白山國家級自然保護區為例進行了區域森林健康狀況評價與制圖。
該研究系統分析了遙感因子與各參數的關系，并通過統計回歸、隨機森林、隨機森林克里金等遙感建模方法，反演獲得長白山國家自然保護區林齡、郁閉度、立木密度、蓄積量和土壤肥力等參數的空間分布；在此基礎上，利用主成分分析法確定各參數權重，繪制了長白山國家自然保護區森林健康狀況空間分布，并對評價結果進行了不確定性分析。
（引自：Chen et al., 2019.）
研究發現，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系。L波段干涉雷達的地形因子和可見光的光譜指數在林齡和土壤肥力反演中貢獻較大。在雷達后向散射特征中，HV極化和VV極化對蓄積量、林齡和土壤肥力等參數空間變異信息更為敏感。高精度的遙感反演結果表明，長白山國家級自然保護區森林郁閉度、立木密度和林齡均呈現沿海拔梯度升高而降低的分異規律。由森林健康狀況空間評價結果可知，長白山國家級自然保護區森林健康狀況的空間差異主要受土壤肥力和蓄積量影響；不同功能區的森林質量狀況有差異，核心區的森林質量狀況變異系數最高。該研究提出了基于多源遙感數據的森林健康狀況評價技術路線與方法，研究結果可以為保護區制定科學有效的森林管理和保護措施提供重要參考。
（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、王宗明和美國羅德島大學教授王野喬等共同完成，成果發布在 Remote Sensing 期刊上。該研究由國家重點研發計劃子課題（2016YFC0500300）和中科院青促會項目（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.
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