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基于遥感技术的森林健康研究概述

森林是陆地生态系统的主体,总面积超过40 亿hm2,约占陆地总面积的31%。20 世纪以来,由于森林面积萎缩和质量下降引发的生态环境事件不断出现,使得森林健康问题得到前所未有的关注,各国学者开展了大量而富有成效的研究工作。

但森林植被的物理属性与草原、荒漠、农田、水体、建筑用地等土地利用类型有很大的区别;不同森林植被在不同生存环境和生长发育阶段,体内生化物质组成、含量、特性以及细胞结构、含水量也各不相同,这种物理属性的差异形成了目标物独特的光谱反射曲线,是用于判断和区别森林植被的重要手段。

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澳大利亚森林大火遥感监测火场变化图

(暗红色图斑为过火区,蓝色图斑新增的过火区,黄色图斑为未过火的孤岛)

上述差异虽然导致森林植被光谱反射曲线各波段反射值略有不同,但光谱曲线的形状特征是基本一致的; 然而当植被健康受到侵害时,植物体内的叶绿素浓度会发生明显变化,光谱曲线的形状特征也会随之发生改变。而用传统的原地观测与受控实验等研究方法不仅需要耗费大量的人力物力资源,且速度缓慢,缺乏时间序列上的可比性,一些偏远地区更是难以到达; 因为缺乏恰当的尺度转换手段,整体研究结果常常难以令人信服,方法具有一定的局限性。

本文从森林资源调查、森林生态功能评估、森林健康风险控制和森林植被参数提取四方面对森林健康遥感研究进行概况

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利用遥感影像监测森林的变化

森林资源调查

森林资源的动态变化是森林发展演替有利因子与森林健康胁迫因子综合作用的结果,对森林健康具有重要的指示作用。传统森林资源调查方法采用样地调查推算总体,这种方法代价高昂、持续时间长且不利于动态跟踪。遥感技术的应用克服了传统调查方法的缺点,并可对森林资源结构情况进行及时的、动态的、准确的分析,从而较好地了解森林健康状况四。遥感技术在森林调查领域的应用,主要体现在森林面积(覆盖率)、森林类型与树种识别、林分蓄积量等3个方面。

森林生态功能评估

健康的森林应具有多重的生态功能和价值,如涵养水源、固碳释氧、积累营养物质和保持生物多样性等。

森林健康风险控制

受自然或非理性人类活动的影响,森林结构遭到严重破坏、功能持续衰退,森林健康状况无时无刻不面临着巨大的威胁。遥感技术的应用打破了人类感官的局限,在更为广阔的时空尺度上,为人类提供了森林健康风险控制的平台。

森林健康风险控制

虽然遥感技术破解了依赖地面调查难以完成大尺度森林综合评估的难听,但有时森林群落信息依然难以被直接获取。在这种情况下,植被参数可以为相关研究提供大量且有效的信息,基于遥感影像的森林植被参数已经成为森林健康状况数量化表达的重要途径。

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遥感技术为人们提供了广阔的视野、海量的信息及一个可以实现客观、连续、重复、动态对比分析和推断预警的工作平台。研究证实: 遥感光谱数据可与森林资源数量、稳定性、结构、功能和干扰等指标建立较好的相关关系;借助遥感技术,人们能够判断和区别不同健康状态的森林植被,准确、及时地掌握森林健康发生、发展的状况。随着遥感技术的迅速发展,遥感资料的分辨率也在不断提高,其技术的应用也日趋成熟,特别是近年来遥感技术与地理信息系统、全球定位系统相结合,已成功应用于森林健康研究的诸多领域,显示出强大的生命力。

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