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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。森林健康狀況是進行生態(tài)評估和科學(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)健康狀況遙感評價提供了有效途徑。
自20世紀60年代末第一顆人造地球資源衛(wèi)星發(fā)射以來，空間遙感技術(shù)得到了長足發(fā)展，在世界各國的經(jīng)濟、政治、軍事等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著日益重要的作用，同時遙感衛(wèi)星的地面分辨率越來越高，獲取的信息量越來越大，且應(yīng)用范圍也越來越廣。目前，多平臺、多時相、多光譜和多分辨率遙感影像數(shù)據(jù)正以驚人的數(shù)量快速涌來，這就是我們所說的多源遙感。
長白山國家級自然保護區(qū)1980年加入聯(lián)合國教科文組織“人與生物圈”保護區(qū)網(wǎng)，現(xiàn)存的大片原始森林被視為歐亞大陸典型的動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?；诙嘣催b感數(shù)據(jù)與機器學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)保護區(qū)森林重要生態(tài)參數(shù)遙感估算與健康狀況綜合評估，對于理解森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的空間變異規(guī)律，支撐長白山保護區(qū)森林可持續(xù)管理與保護，維護區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全等具有重要的科學(xué)價值和現(xiàn)實意義。
與單源遙感影像數(shù)據(jù)相比，多源遙感影像數(shù)據(jù)所提供的信息具有冗余性、互補性和合作性。多源遙感影像數(shù)據(jù)的冗余性表示他們對環(huán)境或目標(biāo)的表示、描述或解譯結(jié)果相同；互補性是指信息來自不同的自由度且相互獨立；合作信息是不同傳感器在觀測和處理信息時對其它信息有依賴關(guān)系。
中國科學(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)作為評價指標(biāo)，基于ALOS-2L波段雷達數(shù)據(jù)、Sentinel系列衛(wèi)星的C波段雷達和可見光影像、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價。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)計回歸、隨機森林、隨機森林克里金等空間建模方法，反演獲得長白山國家自然保護區(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)建了長白山國家自然保護區(qū)森林健康狀況評價模型，并對評價結(jié)果進行了不確定性分析。
影像的空間配準是遙感影像數(shù)據(jù)融合的前提，對兩幅影像的空間配準，一般把其中一幅稱為參考影像，以它為基準，對另一幅圖像進行校正?？臻g配準一般可分為下列步驟：
(1)特征選擇：在欲配準的兩幅影像上，選擇如邊界、線狀物交叉點、區(qū)域輪廓線等明顯的特征。
(2)特征匹配：采用一定配準算法，找出兩幅影像上對應(yīng)的明顯地物點，作為控制點。
(3)空間變換：根據(jù)控制點，建立影像間的映射關(guān)系
(4)插值：根據(jù)映射關(guān)系，對非參考影像進行重采樣，獲得同參考影像配準的影像?？臻g配準的精度一般要求在1～2個像元內(nèi)?？臻g配準中關(guān)鍵、困難的一步就是通過特征匹配尋找對應(yīng)的明顯地物點作為控制點。
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(shù)空間變異信息更為敏感。高精度的遙感反演結(jié)果表明，長白山國家級自然保護區(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價結(jié)果可知，長白山國家級自然保護區(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)高。該研究提出了基于多源遙感數(shù)據(jù)的森林健康狀況評價技術(shù)路線與方法，研究結(jié)果可以為保護區(qū)制定科學(xué)有效的森林管理和保護措施提供重要參考。
資料來源：東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所、百科
(原標(biāo)題：東北地理所在森林健康狀況遙感評價研究中取得進展)
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