2021 年 9 期目录

近年来,随着气候变化和人类活动的加剧,全球森林面积持续减少、质量下降,生态环境事件频发,森林健康的问题受到前所未有的关注,已经成为生态文明战略的重要组成部分。我国森林资源持续增长,但同时也面临一些问题,如:造林结构单一、林分质量不高、生态稳定性弱等,如何系统准确评价其森林健康状况仍然是当前难点。相对于传统地面调查方法,遥感技术具有实时获取、重复监测以及多时空尺度等优势,并且随着高分遥感和人工智能等技术的飞速发展,大幅提高了解决森林健康评价难题的能力。为系统评估新型遥感技术应用于评价森林健康的潜力,本文在文献分析基础上,指出了现有路径和方法,具体包括:（1）通过文献计量学方法分析并明确了森林健康评价的4大核心内容（活力、组织结构、抵抗力和恢复力）和4大关键问题（树种分类、林木活力、林业有害生物、干旱胁迫）。（2）从不同尺度（单木?林分?生态系统?景观）、不同平台（近地面遥感?航空遥感?卫星遥感）和不同传感器（包括RGB相机、多/高光谱相机、激光雷达、热红外相机、微波雷达和叶绿素荧光扫描仪）3个角度,系统梳理现有遥感技术的优缺点。（3）围绕4个关键问题,阐述近年来应用遥感技术评价森林健康的路径和方法。进一步,本文指出了包括多数据源融合分析、森林健康监测网络与近地面遥感、森林健康大数据应用在内的挑战与机遇,以期为我国森林资源智慧管理提供参考。      

基于CiteSpace的森林病虫害研究进展与展望

随着生态可持续发展的不断推进，森林病虫害研究成为其不可或缺的一环。基于中国知网文献检索功能，利用CiteSpace软件对1990-2021年836篇主题核心文章进行计量分析。结果表明：研究机构以原国家林业局森林病虫害防治总站为中心，向农林类高校和科研院所辐射，机构间合作存在地域和学科局限性，但团队合作较为稳定。30年来，林业有害生物研究特征体现在：目标转向生态控制、视角突出多学科交叉融合、主题聚焦变化下的森林健康、内容趋向多层次发展、空间尺度分散至区域化、科研方式强调动态分析。未来国内森林病虫害研究仍需进一步强化多重驱动力影响下精准防治策略、深层次生态机理下人与自然和谐共生可持续发展理论以及多维度借鉴下的制度创新研究。     

森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法

近年来国内森林生态系统服务功能研究较多,但应用价值不高,其科学性受到诸多质疑.从森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程以及其计量方法出发,对国内外研究动态和发展趋势进行了总结分析,重新审视森林水源涵养功能的研究意义,探讨森林水源涵养功能的多尺度特征.从森林水源涵养功能作用的空间尺度上看,其拦蓄洪水削减洪峰的功能仅在较小尺度上有效,而调节径流的功能只有当森林土壤的入渗量超过蒸散量时,才可能有更多地下水补给河道径流,进而增加旱季河道流量.同时森林水源涵养功能也具有明显的时间尺度特征,具体表现为在次降水事件中,由于蒸散发量较小,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量,在功能上表现为拦蓄降水;在长时间尺度上,由于林地蒸散要耗去大量水分,森林水源涵养功能的物质量等于森林不同层次的截留量减去林地蒸散发量,在功能上表现为净化水质和调节径流.大多数研究仅对单一林分的个别层次蓄水功能进行研究,缺乏流域尺度或者更大空间尺度的森林水源涵养功能研究.建议从区域降尺度到流域或将坡面尺度上推到流域,集中在流域尺度解决森林水源涵养空间异质性将是解决森林水源涵养功能尺度外推的有效办法.就目前国内流行的森林水源涵养功能计量方法而言,其与尺度及研究目的有较大相关性,在研究中应根据研究目的、研究尺度和可获取的数据情况选择合适的计量方法.研究突出了不同尺度作用下森林水文过程的复杂性及重要性,并结合森林与水关系的争论问题,分析目前国内对森林水源涵养功能研究的一些误区,提出森林水源涵养功能研究的一些关键科学问题及未来可能的发展方向,主要包括:1)明确界定森林水源涵养功能的边界,探索森林水源涵养功能计量的新方法;2)加强不同时空尺度关联的森林水源涵养功能研究,包括正确评价森林水源涵养功能的时空变异规律,森林生态系统水源涵养功能的尺度效应,森林水源涵养与下游水生态安全,森林水源涵养研究范式转变等核心问题.     

基于MISR数据大兴安岭地区叶面积指数反演及尺度转换验证研究

叶面积指数(LAI)是气候研究和生态研究中重要的植被冠层结构参数,遥感技术为快速获取大面积叶面积指数提供了有效途径。大兴安岭地区是我国重要的生态功能区,本文以大兴安岭为研究区域,根据森林林分特征,采用基于物理过程的4-Scale几何光学模型,利用多角度MISR遥感数据反演该区域叶面积指数数据。几何光学模型特点在于参数具有物理意义,考虑地面反射的热点效应,模型反演过程不依赖于样本数据适用于大区域反演研究,MISR数据提供同一区域多角度遥感数据,有效解决了单一观测角度植被指数和叶面积指数函数关系饱和点低的问题。由于地面验证数据空间尺度无法满足MISR数据的空间分辨率,本文采用TM数据对样地实测叶面积指数数据进行尺度转换,针对不用坡向叶面积指数空间异质性进行分析,讨论不同空间分辨率验证数据的合理性,研究表明大兴安岭区域使用600m空间分辨率验证数据对MISR数据反演结果检验最优,该分辨率下叶面积指数变化随空间尺度变化趋于稳定,并较好地避免了2种遥感数据几何配准带来的误差。结果表明:4-Scale几何光学模型适用于我国大兴安岭地区森林叶面积指数反演,实验中MISR数据反演叶面积指数的平均绝对误差为25.6%、均方根误差为0.622。本研究为大兴安岭地区叶面积指数大区域快速定量反演提供了研究基础。      

新疆天山中部沙湾林场生态系统健康评价

【目的】以天山中部沙湾林场为研究区,从生态系统服务功能、景观生态结构与功能、立地环境、生理生态状况等方面,从遥感数据提取有关衡量森林生态系统健康程度的指标因子,对沙湾林场森林生态系统健康进行评价。建立一套适合该区域的森林生态系统健康综合评价方法,为新疆天山中部林区森林健康维护和可持续经营提供理论和方法。【方法】利用遥感数据和新疆森林资源数据,通过相关性分析各因子对森林生态系统健康的指示作用和影响程度,采用熵权法和综合评价法,定量评估森林生态系统健康。【结果】生态系统健康评价指数在0.12~0.59,分析得出指数大于0.4的为健康,其中针叶林景观、阔叶林景观、疏林地景观、灌木林景观、苗圃景观、宜林荒山荒地、非林地平均指数分别为0.59、0.56、0.36、0.41、0.12、0.53、0.48,5个森林景观为健康。【结论】研究结果建立了一套适合该区域的森林生态系统健康综合评价方法,为新疆天山中部林区森林健康维护和可持续经营提供理论和方法。     

森林火灾遥感探测技术研究进展

森林火灾是陆地生态系统重要的自然干扰之一,也是森林面临的主要自然灾害。多源遥感技术在森林火灾探测中应用,使得森林火灾的早期探测与实时监测成为可能,遥感技术已成为森林火灾监测和防控的重要手段。本研究综述了遥感技术在森林火灾相关研究方面的应用进展,从灾前、灾时、灾后3个阶段,分析了遥感技术和方法在森林可燃物调查及载量评估、火场态势监测、火险等级预测预报、火烧迹地识别、火后森林受害评估以及植被修复等方面的应用,总结了现有研究方法中存在的问题,展望了未来森林火灾探测技术的发展方向。多源多尺度遥感探测技术如将无人机、雷达、航空遥感与航天遥感等互相结合,多方位进行森林火前火后监测,为火险等级预报、森林火灾防控、火后森林结构和功能的恢复提供依据。     

地表温度的多源遥感数据时空融合模型构建

为解决传统的遥感数据融合模型在高异质性地表区域的融合精度不高的问题,本研究在考虑地表温度的前提下构建了一种新的多源遥感数据时空融合模型。首先,为消除反演得到的可见光与红外信息出现不对等的影响,将地表测温空间尺度为综合多地表参数的数据尺度模型。然后利用低尺度低空间分辨率的转换残差模拟地表温度。由于地表温度特征复杂,构建BP神经网络,并根据实际情况调整网络结构与初始参数值。然后融合光学遥感数据与SAR数据,根据高、低空间的分辨率影像计算、反演遥感地表参数,最后将尺度转换模型应用于预测时间相位的参数融合过程中。仿真实验结果表明:上述设计的模型的融合精度要比传统模型略高,证明该模型实现了设计初衷。     

森林遥感研究文献学分析与研究展望

使用主题与关键词为“遥感”、“高分”、“林业”、“森林”对森林遥感研究文献进行了文献学分析,在对当前的主要森林遥感研究成果进行述评的基础上,对未来森林遥感研究进行展望,提出了将现有二类清查数据与历史遥感影像进行定量化反演研究,从而建立智能化判读模型,进一步优化判读算法,提高判读精度,逐步实现定量遥感逐步与林业遥感交叉融合,建立森林遥感大数据库,并开放遥感图片资源,开展无人机遥感监测研究,应用ENVI和林地一张图建立开放的全国动态遥感信息数据库,并将之应用于森林资源监测、林业工程项目监理、森林灾害监测预警与损失评估。     

森林地上生物量遥感估算方法

生物量是林业和生态应用研究的重要信息,森林生态系统地上生物量估算的遥感技术引起了国内外学者的广泛关注。总结与探讨不同数据源与估算方法能够为森林地上生物量的估算提供指导。本文首先总结并探讨单传感器遥感数据,包括光学遥感、合成孔径雷达与激光雷达数据在森林地上生物量估算中的应用,以及协同使用多源遥感数据估算森林地上生物量的优势;然后论述森林地上生物量估算的传统模型估算法与机器学习估算方法（决策树法、K最近邻法、人工神经网络、支持向量机、最大熵）。多源遥感数据集成能够结合不同数据的优势,能够为森林地上生物量估算提供丰富的特征信息,结合机器学习估算方法,是提高森林地上生物量估算的准确性的发展趋势。      

基于遥感技术的森林树种识别研究进展

基于遥感手段的森林类型/树种（组）的精准识别是森林参数提取和计算的前提,是林业遥感领域的研究前沿,可为宏观尺度快速获取森林资源信息提供重要途径。对多源遥感数据在森林树种识别中的应用研究进行总结分析发现,当前基于遥感数据的树种识别已成为林业遥感的研究热点。利用卫星遥感数据和近地低空遥感数据结合随机森林、支持向量机等分类方法进行树种识别已相对成熟。近年来,无人机技术不断发展,以其灵活性强的特点在林业中有较强的应用潜力,在计算机技术、数字图像处理技术和机器学习领域不断发展成熟背景下,低空遥感数据结合深度学习技术应用于森林树种的精确识别是值得深入研究的科学问题。     

森林生态系统健康监测评价的3S技术体系

为给森林生态系统健康监测与评价提供技术思路,在总结国内外森林生态系统健康研究特点的基础上,论述了3S技术集成及其在森林生态系统健康监测与评价中的作用,主要指出3S技术集成能够为森林生态系统健康监测与评价提供精确、详实的技术手段.然后,提出了森林生态系统健康监测评价的3S技术体系,主要包括:①GPS基础控制网系统;②监测森林生态系统健康因子的GIS系统;③监测数据处理系统;④基于GIS和数据库的森林健康评价系统.     

基于Landsat TM数据的大兴安岭盘古林场森林健康评价

  目的  健康评价是实施森林资源健康经营的前提和基础,但现有研究多从单一尺度开展,未充分考虑森林生态系统的层级结构。为此,该文以林木冠层特征为基础,结合Landsat TM数据和统计学方法实现森林健康评价的多尺度转换,为我国森林健康经营提供理论依据和技术支撑。  方法  以大兴安岭盘古林场50块固定样地单木健康调查数据为基础,采用熵值?AHP综合指数法构建单木健康评价模型,并汇总得到样地尺度健康得分的平均值（H_m）、标准差（H_std）、变异系数（H_cv）、偏度（H_pd）和峰度（H_fd）共5项统计指标,结合Landsat TM和地形数据并采用非线性度量误差联立方程组模型构造区域尺度森林健康评价综合反演模型,实现了森林健康从单木?林分?区域的多尺度综合评估。  结果  样地调查结果表明:盘古林场单木健康得分均值为0.663 8 ± 0.091 2,整体处于亚健康水平,其中亚健康树木所占比例最高（79.43%）;区域内不同树种健康等级间差异显著,主要表现为云杉 > 白桦 > 兴安落叶松 > 山杨 > 樟子松;林分尺度健康得分的H_m、H_std、H_cv、H_pd和H_fd值分别为0.663 3、0.084 1、12.84%、?0.607 6和0.846 0,表明该地区约78.43%的林分中单木健康得分呈明显左偏尖削状正态分布;遥感反演结果表明:区域内森林健康得分H_m均值约为0.619 4 ± 0.054 3,其主要受地形（DEM）、植被指数（RVI、DVI、EVI和Green）和原始波段（B1、B3）等多种因素的综合影响,所建模型的预估精度可达到75%以上,能够满足森林健康评价的需求;林场范围内林木健康得分整体呈现南低北高的格局,且H_m较高区域主要集中在居民点、道路沿线等交通便利地区。  结论  盘古林场森林整体以亚健康为主,亟待开展科学的健康经营;同时,该文提出的以林木冠层特征为基础并充分结合遥感数据和统计学方法,能够有效实现森林健康的多尺度评价。      

基于MPI的LEDAPS遥感影像预处理并行化方法研究

LEDAPS(Landsat生态系统干扰自适应处理系统)通过对Landsat影像进行定标、云掩模、精确配准和正射纠正、大气校正等预处理,为森林生态系统固碳能力及碳储量研究提供地表反射率产品.随着遥感数据的几何增长,传统串行使用LEDAPS进行影像预处理计算所费周期长,使得LEDAPS在实际森林碳储量研究应用中不能满足海量遥感数据的处理需求.针对这一问题,提出了一种基于MPI的LEDAPS高性能粗粒度数据并行计算方法.通过实例验证,当MPI进程数为8时,加速比最高达到7.37.该方法在大幅提高计算速度,节省计算时间的基础上,实现了计算节点的负载均衡及可扩展,有效地提高了LEDAPS处理海量遥感数据的能力,缩短了利用遥感影像进行森林碳储量计算的周期.     

森林资源规划设计调查归类判读调查方法探讨

科技的发展要求在对森林资源规划设计时需要不断的更新技术，利用遥感技术、地理信息系 统、森林资源数据库整合数据资源，从而提高森林资源规划设计调查的精准度和科学性。并能极大地 便利作业人员工作，减少野外作业，从而提升效率，节约成本。     

海南省自然保护区生态服务价值评估

森林生态系统服务功能及价值越来越受到人们的重视,对森林进行保护并对其估值将其纳入国民经济核算体系是社会可持续发展的需要。以遥感数据结合地面调查数据对热带森林进行分类,参照现有的热带森林各项生态价值指标对海南省天然林保护工程实施的效果进行估算和评价。结果表明,以2000至2010年的保护期计算,生态系统服务效益产出投入比在2倍以上。海南省热带天然林保护工程的实施,直接产生的生态系统服务价值增量及保护产生的损失替换价值远远高于保护工程的投入,是一项低投入高效益的项目。     

德国、奥地利和法国的多目的森林资源监测述评

以德国、奥地利和法国３国为例，对西欧林业发达国家的国家森林资源调查的最近动向与展望作了分析．综述３国的国家森林资源调查体系，包括抽样调查法、调查项目、ＧＩＳ和遥感、信息系统、成果公开和面向用户，共同特点是①收集包括木材和非木材资源的各种信息；②从野外临时样地调查向森林资源与环境变化监测方向发展；③在森林资源连续调查中应用遥感和ＧＩＳ提供最新森林资源信息；④野外调查和数据处理的计算机化．根据以上述评，建议在我国森林资源调查中采用以遥感和ＧＩＳ为基础的兼有环境监测功能的国家森林资源调查体系