遙感科技在森林生態(tài)應(yīng)用淺析

1、遙感科技在森林生態(tài)應(yīng)用淺析森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，占據(jù)全球非冰蓋和冰層陸地外表的40%,與其他生態(tài)系統(tǒng)相比較，分布面積最大，生物量和生產(chǎn)力最高，是人類賴以生存的物質(zhì)根底，作為生態(tài)系統(tǒng)的主 體，它在經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)中起著不可替代的作用。森林對(duì)于全球的環(huán)境問(wèn)題，如碳循環(huán)、水循環(huán)以及能量平衡等極為重要。20世紀(jì)90年代，NASA經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：全33%的土地為森林覆蓋，90%的生物量65%的凈 初級(jí)生產(chǎn)量也森林資源持續(xù)減少，所以及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取全球森林資源變化的信息顯得極其重要。但從傳統(tǒng)的方法得到的數(shù)據(jù)中獲得這些信息往往不能一直保證準(zhǔn)確性，而應(yīng)用遙感的技術(shù)方法卻可以滿足這方面的需求：如利用AVHR

2、R數(shù)據(jù)就可以獲得這些信息。人類從未間斷過(guò)對(duì)森林資源的研究， 遙感利用電磁波的微觀信息來(lái)探測(cè)我們周圍空間的客觀規(guī)律，并由此及彼成為人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式與能量交換規(guī)律的一種現(xiàn)代化手段。為地球資源調(diào)查與開發(fā)一一國(guó)土整治一一環(huán)境監(jiān)測(cè)以及全球性研究提供了一種新的探測(cè)手段。自 20世紀(jì)60年 代遙感技術(shù)開展起，遙感技術(shù)被積極地應(yīng)用到森林資源研究中。1森林遙感概述森林遙感是遙感眾多應(yīng)用中的一種，有著其特定的規(guī)律，表現(xiàn)為遙感技術(shù)和林業(yè)學(xué)科的結(jié)合，需要物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、林學(xué)、地理和測(cè)繪多學(xué)科的支持。在森林資源應(yīng)用中，已顯示出 很大的優(yōu)越性。自20世紀(jì)70年代末，中國(guó)林業(yè)工作者開始了一系列有關(guān)航天遙感技術(shù)應(yīng)用

3、 于森林資源的研究。經(jīng)過(guò) 20多年的開展，這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)被引入到森林資源研究中的各個(gè) 領(lǐng)域，充分展現(xiàn)了其在森林資源應(yīng)用中的巨大生命力。2森林生態(tài)研究應(yīng)用2.1 森林生物量估測(cè)森林植被具有最廣泛的分布面積、最高的生產(chǎn)力和最大的生物量累積。森林生態(tài)系統(tǒng)的生物量與碳儲(chǔ)量對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)，吸收和固定大氣中的 CO2,維護(hù)大氣成分的平衡起著極為重要作用。隨著遙感技術(shù)的普及，利用遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)手段可以測(cè)定從 林分到區(qū)域等不同空間尺度的森林生物量。生物量的遙感估測(cè)是利用紅波段和近紅外波段的組合即植被指數(shù)(Vegetationindices)和葉面積指數(shù)(LAI)及植被覆蓋度等的關(guān)系，推斷

4、出植被指 數(shù)與生物量之間的關(guān)系進(jìn)而求得生物量。目前人們通過(guò)衛(wèi)星、雷達(dá)等傳感器對(duì)森林資源進(jìn)行調(diào)查，從而形成了多種遙感數(shù)據(jù)，將其應(yīng)用于森林生物量的估算，大大提高了估算的精度和效率，并且不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生破壞。徐天蜀利用遙感數(shù)據(jù)與GIS相關(guān)地形因子信息，結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)建立多元回歸模型用于估測(cè)森林生物量，效果十分理想；Santos等利用了遙感技術(shù)估算了巴西熱帶雨林的生物量；Dong等10利用遙感數(shù)據(jù)估計(jì)了溫帶及寒帶的森林生物量，并對(duì)其碳源或碳匯功能做了評(píng)價(jià)。目前，雷達(dá)遙感方法已為生物量的估測(cè)提供了最大的保障，總體而言主要有4種：1簡(jiǎn)單雷達(dá)截面法；2Dob-son法；3Ranson法；4Kasisch

5、ke法。在應(yīng)用這些方法對(duì)生物量 進(jìn)行估測(cè)時(shí)，存在以下幾條相關(guān)關(guān)系：1樹干生物量是樹高和根本面積的函數(shù)；2樹干生物量是樹枝生物量的函數(shù)；3樹冠生物量，樹干生物量和總生物量是樹枝生物量的函數(shù)。 在各種生物量估測(cè)中，LHV L-band,Horizontaltransmit,Verticalreceive是最重要的參數(shù)，其他通道的 SAR 數(shù)據(jù)， 如CHH(Gband,Horizontaltransmitandreceive)、CHV(Gband,Horizontaltransmit,Verticalreceive)那么對(duì)于改變生物量的估測(cè)較為有利。應(yīng)用多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)區(qū)域

6、甚至全球尺度不同生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。Prince等認(rèn)為地上生物量與植物生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)最小的可見光反射率存在著負(fù)相關(guān)，并建立 了生物量遙感估算統(tǒng)計(jì)模型。Hame等結(jié)合地面調(diào)查和 TM、NOAAAVHRR®感數(shù)據(jù)，成功地估算了歐洲森林生物量。Austin首次利用JERS1SAR數(shù)據(jù)探測(cè)了澳大利亞核樹林的生物量， 結(jié)果說(shuō)明，在考慮地形、地表水和森林結(jié)構(gòu)的情況下，雷達(dá)遙感數(shù)據(jù)能夠精確地估測(cè)校樹林 生物量。2.2 森林動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)森林生態(tài)系統(tǒng)是由植物、動(dòng)物、微生物等組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能穩(wěn)定、生物量巨大的生態(tài)系統(tǒng)，探討森林生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化、功能變遷，需要整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在不同空間、時(shí)間上的變化資料。傳

7、統(tǒng)的森林資源清查的周期為510年，由于調(diào)查周期長(zhǎng)，前期已經(jīng)完成的成果不能準(zhǔn)確反映森林資源的現(xiàn)有情況，不能滿足森林資源管理的需要，亟待更新。為加快進(jìn)度， 同時(shí)又保證精度，需要充分利用遙感技術(shù)宏觀、綜合、快速、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)森 林資源的現(xiàn)代化管理。遙感技術(shù)主要用于森林資源的調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，編制大面積的森林分布圖，對(duì)宜林荒山荒地進(jìn)行立地條件調(diào)查，繪制林地立地圖、土地利用現(xiàn)狀圖和土地潛力圖等，測(cè)算各類土地面積，進(jìn)行土地評(píng)價(jià)。遙感應(yīng)用于三北防護(hù)林綜合調(diào)查，2年時(shí)間查清了占全國(guó) 60%面積的 三北地區(qū)森林、土地、草場(chǎng)等再生資源的數(shù)量，并對(duì)其生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià)。我國(guó)利用遙感 技術(shù)已開展了多項(xiàng)草地資

8、源的調(diào)查、監(jiān)測(cè)和資源評(píng)價(jià)，如2021年完成的全國(guó)草地資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，建成了 1 : 50?比例尺的草地資源數(shù)據(jù)庫(kù)。把地面調(diào)查數(shù)據(jù)同時(shí)間空間不斷變化 的遙感圖像結(jié)合起來(lái)，使森林資源遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)從圖像和圖形處理上升到一個(gè)立體化、多元化綜合分析處理的階段，這也是遙感技術(shù)開展的一個(gè)趨勢(shì)。目前人們逐漸認(rèn)識(shí)到， 全球變暖與CO2氣體在大氣聚集的數(shù)量密切相關(guān)。由于大局部的CO2氣體的吸收和轉(zhuǎn)化，主要靠森林的生態(tài)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，大氣中CO2氣體的含量增加說(shuō)明全球的森林狀況發(fā)生了很大的變化，而這種變化在高緯度地區(qū)顯得尤為突出。在加拿大接收站和阿拉斯加 SAR實(shí)驗(yàn)室收集的 ERS1SAR數(shù)據(jù)為研究該地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)提供了便利。用ERS1SAR圖像來(lái)研究北方森林，主要是研究森林生長(zhǎng)季節(jié)的長(zhǎng)短如何影響各季節(jié)CO2的變化，以及北方森林的火災(zāi)如何影響生物有機(jī)碳的釋放。由于高緯度地區(qū)常年被云層覆蓋，利用優(yōu)勢(shì)更加明顯的成像雷達(dá)監(jiān)測(cè)森林冰凍和融化的過(guò)程，可以測(cè)量出生物季節(jié)的長(zhǎng)短。2.3 森林生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)森林生態(tài)環(huán)境是全球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成局部，區(qū)域生態(tài)平衡不斷遭到破壞，生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，已成為制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)開展的重要因素之一。遙感技術(shù)的應(yīng)用，為適時(shí)、準(zhǔn)確地把握森林生態(tài)變化提供了可能。張娜等建立了基于景觀尺度上描述了一個(gè)反映系統(tǒng)碳循環(huán)和水循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力過(guò)程模型（EPPML）,該模型以遙感影像為數(shù)據(jù)源，