测绘学报 | 武锦辉：基于多源遥感数据的物种多样性及陆表植被恢复力监测研究
本文内容来源于《测绘学报》2022年第8期（审图号GS京（2022）0490号）
武锦辉1,2,3
1. 中国地质环境监测院，北京 100081;
2. 北京师范大学地理科学学部遥感科学国家重点实验室，北京 100875;
3. 牛津大学植物系，牛津 OX1 3RB
基金项目：国家重点研发计划(2016YFA06001)；国家高技术研究发展计划(863)(2013AA122800;2008AA122100)；中英联合研究创新基金博士交流项目；国家自然科学基金青年基金(42101407)
WU Jinhui. Monitoring species diversity and measuring vegetation resilience with satellite remote sensing[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2022, 51(8): 1826-1826. DOI: 10.11947/j.AGCS.2022.20200539
博士论文摘要 生物多样性和生态系统恢复力是生态系统健康的关键因素和重要指标。物种多样性指一定区域内物种数量的总和，物种多样性监测是生物多样性监测与保护的核心部分。作为生态系统恢复力的重要组成部分，植被恢复力是陆表生态系统服务和生态系统功能的重要指标，直接决定了陆表植被变化、陆表生态系统稳定性等关键生态过程和生态参量。目前，受到观测手段的限制，物种多样性与陆表植被恢复力监测普遍空间范围小，时间范围不连续，其中热带地区植物物种多样性变化对植被影响效果争议较大。论文基于长时间序列高精度遥感数据，从动物物种多样性遥感监测、植物物种多样性变化对热带雨林影响的遥感评估、遥感植被恢复力监测三方面出发开展相关工作。主要工作和成果包括：
(1) 利用回归模型对基于卫星遥感数据的环境指标(以下简称“遥感环境指标”)与哺乳类、鸟类和两栖类动物物种丰富度分布的关系进行评估，结果显示相关性比较高的指标集中在能量、生产力类。3种机器学习模型在构建集成多遥感环境指标的生物多样性指标中，随机森林模型(RF)效果最好。以动态栖息地指数年积累值(DHI-cum)等7个遥感环境指标，利用随机森林模型(RF)构建集成生物多样性指标。论文构建的生物多样性指标与单个遥感环境指标相比，在全球尺度上与3类动物物种丰富度分布相关性高0.2。
(2) 选取大尺度，长期运行的沙巴生物多样性试验(SBE)为案例评估了利用高分辨率卫星遥感数据监测选择性砍伐(SL)和不同补植策略对热带雨林影响的效果，确定了植物物种多样性变化对热带雨林长势的影响。选取遥感植被盖度(VC)、叶面积指数(LAI)和生物量分析了选择性砍伐区域和补植样方(EP)、增强型切蔓样方(ECC)、控制样方间的差异，结果显示大规模的选择性砍伐后，Mulua森林保护区植被覆盖度下降区域的面积占整个森林保护区面积的比例超过60%，沙巴生物多样性试验(SBE)区内植被覆盖度呈现增长趋势。在沙巴生物多样性试验(SBE)区内，补植和增加样方内的植物物种多样性对森林恢复有促进作用。
(3) 基于长时间序列卫星遥感叶面积指数(LAI)产品，结合旱灾、火灾数据集，构建计算模型进行陆表植被恢复力(以下简称“恢复力”)监测。结果显示，在全球尺度上，常绿阔叶林地区的恢复力最高，落叶针叶林地区的恢复力最低。年降雨量在3000mm以下时，年降雨量的增加对提高恢复力有正向促进作用，年平均气温的波动与恢复力变化的关系并不显著。对于恢复力的动态变化，发现扰动频率在1989年、1995年和2001年全球出现了3次显著的上升，恢复力出现了对应的3次显著下降。在区域尺度上，分析了不同土地覆被类型上的恢复力地理分布格局及动态变化。
生物多样性和生态系统恢复力是生态系统健康的关键因素和重要指标。物种多样性指一定区域内物种数量的总和，物种多样性监测是生物多样性监测与保护的核心部分。作为生态系统恢复力的重要组成部分，植被恢复力是陆表生态系统服务和生态系统功能的重要指标，直接决定了陆表植被变化、陆表生态系统稳定性等关键生态过程和生态参量。目前，受到观测手段的限制，物种多样性与陆表植被恢复力监测普遍空间范围小，时间范围不连续，其中热带地区植物物种多样性变化对植被影响效果争议较大。论文基于长时间序列高精度遥感数据，从动物物种多样性遥感监测、植物物种多样性变化对热带雨林影响的遥感评估、遥感植被恢复力监测三方面出发开展相关工作。主要工作和成果包括：
(1) 利用回归模型对基于卫星遥感数据的环境指标(以下简称“遥感环境指标”)与哺乳类、鸟类和两栖类动物物种丰富度分布的关系进行评估，结果显示相关性比较高的指标集中在能量、生产力类。3种机器学习模型在构建集成多遥感环境指标的生物多样性指标中，随机森林模型(RF)效果最好。以动态栖息地指数年积累值(DHI-cum)等7个遥感环境指标，利用随机森林模型(RF)构建集成生物多样性指标。论文构建的生物多样性指标与单个遥感环境指标相比，在全球尺度上与3类动物物种丰富度分布相关性高0.2。
(2) 选取大尺度，长期运行的沙巴生物多样性试验(SBE)为案例评估了利用高分辨率卫星遥感数据监测选择性砍伐(SL)和不同补植策略对热带雨林影响的效果，确定了植物物种多样性变化对热带雨林长势的影响。选取遥感植被盖度(VC)、叶面积指数(LAI)和生物量分析了选择性砍伐区域和补植样方(EP)、增强型切蔓样方(ECC)、控制样方间的差异，结果显示大规模的选择性砍伐后，Mulua森林保护区植被覆盖度下降区域的面积占整个森林保护区面积的比例超过60%，沙巴生物多样性试验(SBE)区内植被覆盖度呈现增长趋势。在沙巴生物多样性试验(SBE)区内，补植和增加样方内的植物物种多样性对森林恢复有促进作用。
(3) 基于长时间序列卫星遥感叶面积指数(LAI)产品，结合旱灾、火灾数据集，构建计算模型进行陆表植被恢复力(以下简称“恢复力”)监测。结果显示，在全球尺度上，常绿阔叶林地区的恢复力最高，落叶针叶林地区的恢复力最低。年降雨量在3000mm以下时，年降雨量的增加对提高恢复力有正向促进作用，年平均气温的波动与恢复力变化的关系并不显著。对于恢复力的动态变化，发现扰动频率在1989年、1995年和2001年全球出现了3次显著的上升，恢复力出现了对应的3次显著下降。在区域尺度上，分析了不同土地覆被类型上的恢复力地理分布格局及动态变化。
作者简介 作者简介：武锦辉(1991—)，男，2020年6月毕业于北京师范大学，获理学博士学位(指导教师：梁顺林教授)，研究方向为生态系统遥感评估。E-mail：jwu@mail.cgs.gov.cn
初审：张艳玲 复审：宋启凡
终审：金 君
作者简介：武锦辉(1991—)，男，2020年6月毕业于北京师范大学，获理学博士学位(指导教师：梁顺林教授)，研究方向为生态系统遥感评估。E-mail：jwu@mail.cgs.gov.cn
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