遥感技术在森林生态系统中的应用概述0

减小字体 增大字体 作者:李进,饶裕平  来源:本站整理  发布时间:2010-11-21 20:05:08

森林是陆地生态系统的主体,占据全球非冰盖和冰层陆地表面的40%,与其他生态系统相比较,分布面积最大,生物量和生产力最高,是人类赖以生存的物质基础,作为生态系统的主体,它在经济和生态环境建设中起着不可替代的作用[1]。森林对于全球的环境问题,如碳循环、水循环以及能量平衡等极为重要。

20世纪90年代,NASA经过统计发现:全球33%的土地为森林覆盖,90%的生物量来自于森林,65%的净初级生产量也来自于森林[2]。随着全球人口不断增长,森林资源持续减少,所以及时、准确地获取全球森林资源变化的信息显得极其重要。但从传统的方法得到的数据中获得这些信息往往不能一直保证准确性[3],而应用遥感的技术方法却可以满足这方面的需求:如利用AVHRR数据就可以获得这些信息[4-5]。人类从未间断过对森林资源的研究,遥感利用电磁波的微观信息来探测我们周围空间的客观规律,并由此及彼成为人类认识物质的运动形式与能量交换规律的一种现代化手段。为地球资源调查与开发——国土整治——环境监测以及全球性研究提供了一种新的探测手段[6]。自20世纪60年代遥感技术发展起,遥感技术被积极地应用到森林资源研究中。

1 森林遥感概述

森林遥感是遥感众多应用中的一种,有着其特定的规律,表现为遥感技术和林业学科的结合,需要物理数学计算机、林学、地理和测绘多学科的支持[7]。在森林资源应用中,已显示出很大的优越性。自20世纪70年代末,中国林业工作者开始了一系列有关航天遥感技术应用于森林资源的研究。经过20多年的发展,这项先进的技术被引入到森林资源研究中的各个领域,充分展现了其在森林资源应用中的巨大生命力。

2 森林生态研究应用

2.1 森林生物量估测

森林植被具有最广泛的分布面积、最高的生产力和最大的生物量累积。森林生态系统的生物量与碳储量对陆地生态系统的碳循环,吸收和固定大气中的CO2,维护大气成分的平衡起着极为重要作用[8]。随着遥感技术的普及,利用遥感技术和地理信息系统等先进手段可以测定从林分到区域等不同空间尺度的森林生物量。生物量的遥感估测是利用红波段和近红外波段的组合即植被指数(Vegetation Indices)和叶面积指数(LAI)及植被覆盖度等的关系,推断出植被指数与生物量之间的关系进而求得生物量[9]。目前人们通过卫星、雷达等传感器对森林资源进行调查,从而形成了多种遥感数据,将其应用于森林生物量的估算,大大提高了估算的精度和效率,并且不会对生态环境产生破坏。徐天蜀[8]利用遥感数据与GIS相关地形因子信息,结合地面调查数据建立多元回归模型用于估测森林生物量,效果十分理想;Santos等[9]利用了遥感技术估算了巴西热带雨林的生物量;Dong 等[10]利用遥感数据估计了温带及寒带的森林生物量,并对其碳源或碳汇功能做了评价。

目前,雷达遥感方法已为生物量的估测提供了最大的保障,总体而言主要有4种:(1)简单雷达截面法;(2)Dob-son法;(3)Ranson法;(4)Kasischke法。在应用这些方法对生物量进行估测时,存在以下几条相关关系:(1)树干生物量是树高和基本面积的函数;(2)树干生物量是树枝生物量的函数;(3)树冠生物量,树干生物量和总生物量是树枝生物量的函数[11]。在各种生物量估测中, LHV(L-band, Horizontal transmit, Vertical receive)是最重要的参数,其他通道的SAR数据,如CHH (C-band, Horizontal transmit and receive)、CHV (C-band, Horizontal transmit, Vertical receive)则对于改变生物量的估测较为有利。

应用多时相的遥感数据和GIS技术相结合,能实现区域甚至全球尺度不同生态系统的动态监测[12]。Prince等[13]认为地上生物量与植物生长季节内最小的可见光反射率存在着负相关,并建立了生物量遥感估算统计模型。Hame等[14]结合地面调查和TM、NOAAAVHRR遥感数据,成功地估算了欧洲森林生物量。Austin[15]首次利用JERS-1 SAR数据探测了澳大利亚桉树林的生物量,结果表明,在考虑地形、地表水和森林结构的情况下,雷达遥感数据能够精确地估测桉树林生物量。

2.2 森林动态变化监测

森林生态系统是由植物、动物、微生物等组成的结构复杂、功能稳定、生物量巨大的生态系统,探讨森林生态环境的动态变化、功能变迁,需要整个生态系统在不同空间、时间上的变化资料。传统的森林资源清查的周期为5~10年,由于调查周期长,前期已经完成的成果不能准确反映森林资源的现有情况,不能满足森林资源管理的需要,亟待更新。为加快进度,同时又保证精度,需要充分利用遥感技术宏观、综合、快速、动态、准确的优势,实现对森林资源的现代化管理[16]。

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