基于多源遙感的火燒跡地森林恢復(fù)研究.pdf

1、森林是整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體部分，不僅提供人們生存所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)，而且具有改善人們生存空間、保護(hù)地球生命的重要生態(tài)功能。近年來(lái)受全球氣候變化及人類活動(dòng)影響，森林火災(zāi)呈現(xiàn)周期性爆發(fā)，并隨著氣候和地表環(huán)境差異而表現(xiàn)出不同的過(guò)火特征及災(zāi)害強(qiáng)度。而高強(qiáng)度森林火災(zāi)不僅會(huì)影響自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，還會(huì)造成整個(gè)森林景觀格局和生產(chǎn)力的嚴(yán)重退化。中國(guó)大興安嶺地處內(nèi)陸季風(fēng)氣候區(qū)，具有火災(zāi)次數(shù)多、受害面積大的地域特征，是我國(guó)森林火災(zāi)的重災(zāi)區(qū)。災(zāi)后森林的恢復(fù)過(guò)

2、程復(fù)雜多樣，因不同的火災(zāi)強(qiáng)度及人類干預(yù)而各不相同。因此，詳細(xì)了解該區(qū)火燒跡地森林恢復(fù)的時(shí)空分布現(xiàn)狀，提高對(duì)森林生物特征信息的提取對(duì)林業(yè)生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展有重大意義。傳統(tǒng)的森林資源地面調(diào)查方式存在調(diào)查周期長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，投入大等一系列弊端。雖然目前基于光學(xué)衛(wèi)星遙感和GIS技術(shù)的森林防火系統(tǒng)可以解決傳統(tǒng)調(diào)查方式的弊端，但有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)樹(shù)冠層葉面指數(shù)達(dá)到4.0時(shí)，森林冠層的各種植被指數(shù)趨向飽和，并且光學(xué)影像上的綠色植被層往往在災(zāi)后3-5年內(nèi)迅

3、速恢復(fù)，不利于森林災(zāi)后恢復(fù)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。主動(dòng)微波遙感技術(shù)借助其雷達(dá)信號(hào)不受云雨影響并能穿透樹(shù)冠層到達(dá)木質(zhì)層的特性，已有研究將多波段多極化雷達(dá)影像后向散射系數(shù)與森林蓄積量建立經(jīng)驗(yàn)型線性回歸來(lái)估算森林蓄積量。
　　本文以1987年大興安嶺“五·六”特大森林火災(zāi)為研究背景，選取2010年L波段的ALOS PALSAR和2011年C波段的Radarsat-2影像數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，結(jié)合森林資源二類調(diào)查小班數(shù)據(jù)和野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件擬合

4、雷達(dá)影像后向散射系數(shù)和小班平均蓄積量之間的函數(shù)關(guān)系，進(jìn)行基于雷達(dá)影像的不同波段及不同極化方式提取森林蓄積量對(duì)比分析。同時(shí)借助“五·六”特大森林火災(zāi)后的光學(xué)影像對(duì)研究區(qū)火烈度分級(jí)和量化制圖，分析不同過(guò)火強(qiáng)度23年后蓄積量的恢復(fù)狀況，探究不同地形因子對(duì)不同過(guò)火強(qiáng)度火燒跡地森林恢復(fù)的影響。研究結(jié)果表明：
　?。?）采用歸一化火燒指數(shù)（NBR）并結(jié)合已有研究NBR的評(píng)估閾值，Landsat TM影像數(shù)據(jù)可以很好地量化顯示1987年“五·六

5、”大火圖強(qiáng)林業(yè)局不同過(guò)火強(qiáng)度等級(jí)和分布。
　?。?）通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)比L波段的ALOS PALSAR HH和C波段的Radarsat-2 HH極化影像與蓄積量的相關(guān)性，表明在相同極化方式情況下，L波段雷達(dá)影像后向散射系數(shù)和森林蓄積量的相關(guān)性明顯高于C波段雷達(dá)影像。因此，L波段雷達(dá)影像后向散射系數(shù)能更好地反映森林蓄積量的分布狀況。
　?。?）選取L波段ALOS PALSAR雷達(dá)影像HH、HV和HH/HV極化影像，對(duì)比HH和HV及

6、HH/HV極化方式后向散射系數(shù)與蓄積量的散點(diǎn)圖相關(guān)性，得出相同波段情況下，HV極化方式的雷達(dá)影像后向散射系數(shù)和小班平均蓄積量的相關(guān)性要略高于HH極化方式，并明顯高于HH/HV兩種極化方式比值蓄積量的相關(guān)性。表明相同波段下不同極化方式雷達(dá)影像不僅對(duì)生物量變化的敏感性不同，而且對(duì)森林蓄積量變化的敏感程度亦不相同。
　?。?）通過(guò)對(duì)比L波段ALOS PALSAR不同極化方式與蓄積量的相關(guān)性和蓄積量估測(cè)結(jié)果的誤差分析得出，HV極化方式能較

7、好地反映大興安嶺地區(qū)火燒跡地生產(chǎn)林恢復(fù)狀況。針對(duì)于大興安嶺火燒跡地森林蓄積量，L波段雷達(dá)的后向散射強(qiáng)度后向散射飽和點(diǎn)在100m3/hm2。
　　（5）采用空間代替時(shí)間的思想來(lái)假設(shè)大火前圖強(qiáng)林業(yè)局森林蓄積量和未過(guò)火森林蓄積量近似。從這個(gè)角度可以得出重度過(guò)火區(qū)域森林在大火后23年也沒(méi)有恢復(fù)到火災(zāi)前蓄積量水平，中度過(guò)火區(qū)域森林更新恢復(fù)最快，輕度過(guò)火幾乎達(dá)到火災(zāi)前蓄積量水平。從整體分析表明，大火過(guò)后森林蓄積量的恢復(fù)十分緩慢，并和過(guò)火強(qiáng)度有