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          李銳教授課題組在衛星微波遙感林火國際合作研究中取得重要進展
          文章來源:SKLFS  作者:SKLFS  發布時間:2021-11-17

          近日,我實驗室李銳教授課題組與加拿大皇家科學院Yves Bergeron院士和魁北克大學Osvaldo Valeria教授合作,結合衛星被動微波遙感和傳統的氣象火險指數來研究林火的發生和燃燒強度,結果顯著提高了區域尺度林火頻次和燃燒強度的估算精度。研究成果以Assessing forest fire properties in Northeastern Asia and Southern China with satellite microwave Emissivity Difference Vegetation Index (EDVI)為題,發表在國際著名期刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing上。第一作者為李銳教授,通信作者為我校地空學院符玉云博士(現同時為魁北克大學博士生),中國科大為論文的第一單位,該研究得到國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金重點項目和面上項目、國家自然科學基金-貝爾蒙托論壇國際合作項目、國家留學基金委公派留學項目的資助。

          森林火災對陸地生態系統、地球氣候和人體健康產生重要影響,能夠造成嚴重的經濟財產損失和人員傷亡。有效評估森林火災的發生發展對林火管理和災害防治至關重要,這在全球氣候持續變暖、極端大火頻發的背景下更為迫切。當前,區域尺度的火險評估通常基于衛星可見光/紅外觀測和氣象數據進行,難以充分考慮植被含水量的影響,且衛星光學和紅外遙感對云和植被冠層的穿透能力較弱,受到天氣條件的顯著影響,既無法進行全天候觀測,也難以獲取深層植被的含水量信息,在林火應用中受到很大的限制。相比之下,微波不依賴太陽光照,對云和植被的穿透能力更強,能夠實現對地表的全天候觀測,在獲取植被垂直結構、含水量信息方面具有明顯優勢。為此,作者基于前期開發的衛星微波植被含水指數EDVI產品(Remote Sens. Environ., 2013, 133, 183-192; Remote Sensing, 2021, 13(19), 3980),首次系統地探究了EDVI與林火頻次FC和燃燒強度FRP在東北亞和中國南方地區的時相變化關系,并結合氣象火險指數構建了多元對數線性模型來估算區域尺度的FC和FRP。

          圖1 EDVI、FC和FRP的空間分布

          研究發現林火FC和FRP與微波指數EDVI具有很強的負相關性(圖1)。FC和FRP日際變化與EDVI的相關系數通常在-0.1到-0.6之間,月際變化的相關系數在-0.55和-0.8之間,在季節循環和年際變化上,FC和FRP與EDVI也呈明顯相反的變化特征。這表明EDVI的高值對應植被含水量高,則火災不容易發生、即使發生火災,其燃燒強度也比較低。研究發現,氣象條件(有火險氣象指數表征)也與FC和FRP存在強相關,表明森林火災同時受到植被含水量和氣象條件的雙重控制。

          與氣象火險指數相比,EDVI與中國南方地區林火FC和FRP的相關系數更強,而氣象火險指數與東北亞地區林火FC和FRP的相關系數更強于EDVI,植被含水量和氣象條件在驅動林火發生和燃燒強度中的相對重要性可能是造成上述區域差異的主要原因。進一步地分析發現,EDVI和氣象火險指數對林火頻次和燃燒強度具有很強的協同影響(圖2)。據此,該研究發現綜合利用EDVI和火險氣象指數,可以更好的定量描述森林火災的區域尺度FC和FRP(圖3),在南方林區,這種改進可達~60%。

          該研究為森林火災監測預測提供了一種新的思路和方法,為森林管理、火險預警和防控及潛在的環境影響評估提供有力支持。

           

          圖2 華南地區植被含水狀況(由EDVI表征)和氣象條件(由氣象火險因子FFMC、ISI、和FWI表征)對日觀測FC和FRP的協同影響

          圖3 東北亞和華南地區衛星實際觀測FC和FRP (FC_obs/FRP_obs)與本研究模型估計值(FC_cal/FRP_cal)的對比

          期刊ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing影響因子為8.98,在自然地理學領域長期排名全球同類期刊第一,在地球科學綜合、遙感、成像科學與照相技術領域也一直是全球同類期刊中最頂尖的學術期刊之一。近年來,李銳教授課題組在衛星遙感植被含水量及其應用領域獲得系列成果,多項成果發表在National Science Review,Remote Sensing of Environment,ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing等學術雜志上。有力地促進了對氣候系統碳、水循環及火災擾動等問題的認知和理解。

          論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924271621002872


           
           
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