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森林生態系統是陸地生物圈的主體，在保障陸地生態系統功能和緩解氣候變暖等方面發揮著不可替代的作用。森林健康狀況是進行生態評估和科學管理的重要基礎，體現在生態系統穩定性、恢復力、碳儲存能力、木材生產力等方面。多源遙感數據的涌現及機器學習算法的廣泛應用，使得多尺度、高精度的森林植被重要生態參數遙感反演取得了突破性成果，也為森林生態系統健康狀況遙感評價提供了有效途徑。
自20世紀60年代末第一顆人造地球資源衛星發射以來，空間遙感技術得到了長足發展，在世界各國的經濟、政治、軍事等領域內發揮著日益重要的作用，同時遙感衛星的地面分辨率越來越高，獲取的信息量越來越大，且應用范圍也越來越廣。目前，多平臺、多時相、多光譜和多分辨率遙感影像數據正以驚人的數量快速涌來，這就是我們所說的多源遙感。
長白山國家級自然保護區1980年加入聯合國教科文組織“人與生物圈”保護區網，現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合體。在氣候變化和人為因素的綜合作用下，保護區森林生態系統的健康狀況如何？區域尺度上是否存在顯著的空間差異？上述問題亟待解答。基于多源遙感數據與機器學習算法，實現保護區森林重要生態參數遙感估算與健康狀況綜合評估，對于理解森林生態系統結構與功能的空間變異規律，支撐長白山保護區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。
與單源遙感影像數據相比，多源遙感影像數據所提供的信息具有冗余性、互補性和合作性。多源遙感影像數據的冗余性表示他們對環境或目標的表示、描述或解譯結果相同；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系。
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-2L波段雷達數據、Sentinel系列衛星的C波段雷達和可見光影像、ALOSDSM數據和大量的野外調查數據，開展了長白山森林結構和功能參數的遙感反演研究，并將其應用于森林健康狀況評價。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、隨機森林克里金等空間建模方法，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，構建了長白山國家自然保護區森林健康狀況評價模型，并對評價結果進行了不確定性分析。
影像的空間配準是遙感影像數據融合的前提，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。空間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的明顯地物點，作為控制點。
(3)空間變換：根據控制點，建立影像間的映射關系
(4)插值：根據映射關系，對非參考影像進行重采樣，獲得同參考影像配準的影像。空間配準的精度一般要求在1～2個像元內。空間配準中關鍵、困難的一步就是通過特征匹配尋找對應的明顯地物點作為控制點。
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差異并不大，但核心區的森林質量狀況變異系數高。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。
資料來源：東北地理與農業生態研究所、百科
(原標題：東北地理所在森林健康狀況遙感評價研究中取得進展)
浙公網安備 33010602000006號
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