遥感在森林生物量监测的应用
阮兰君 杨燕琼
【摘 要】摘要：森林生物量研究对监测生态系统有着重要作用，随着遥感技术的发展，动态地估测大区域乃至全球的森林生物量成为可能。文章就遥感数据源和估测方法，分析总结了传统方法和遥感方法的森林生物量估测。 【期刊名称】林业与环境科学 【年(卷),期】2016(032)002 【总页数】5
【关键词】森林生物量；航天遥感；雷达遥感
森林生态系统作为陆地生态系统的重要成分，在维护全球气候系统、碳平衡、温室气体循环等方面具有决定性作用［1］。森林生物量是评估森林生态系统碳汇的基础，其空间分布特征与大小直接影响森林的碳汇潜力，快速且准确获取森林生物量，是森林生态系统与全球气候变化研究的重要部分。因而，随着人类对全球气候变化、全球森林可持续经营的关注，基于不同尺度的森林生物量遥感监测日益重要，森林生物量的估测成为当代林业发展的关链。最初对植被生物量的研究，仅局限在小范围实地测量，如今发展为大范围、多维尺度、动态的遥感估算。遥感估算可以有效减少实地调查生物量所消耗的人力和时间，且在较高精度下保证数据的空间完整性和时间一致性［2］。遥感反演的波段信息与植被生态学特性、森林生物量结构有一定的相关性，能够为估测森林生物量提供主要依据，且有利于提高森林生物量的估算精度［3］。本文综述了遥感估测森林生物量的应用研究，旨在为森林生物量和碳储量快速、准确预测预报提供参考。
1 森林生物量估测技术发展
森林生物量的估算方法主要有现地调查法、模型模拟法和遥感估算法［4］。传统森林生物量的研究方法有皆伐法、平均生物量法、生物量回归模型估计法等［5］。传统的生物量研究是先选取样地，测量样地中林木的特征因子，对数据进行统计分析或建立相关模型，从而估测其生物量。最早对生物量进行估算的是Ebermeryer［6］，于1876年在德国进行了几种森林树枝落叶量和木材重量的测定。随着计算机技术与统计分析软件发展，基于直接收获法发展为回归模型估测法，该方法是根据相对生长理论，以胸径、树高等为变量，利用实测生物量反演森林生物量［7］。近几十年来，学者运用直接收获法及回归模型对我国森林生物量进行了更深入研究。陈章和等［8］采用标准木解析法、回归分析和样地收获法研究了黑石顶自然保护区的常绿阔叶林生物量。林伟等［9］用树高和地径两个因变量，构建回归分析模型，对井冈山自然保护区的常见灌木生物量进行研究，结果表明，回归模型模拟生物量时，其相关指数较高，为0.904。然而，传统的回归统计不能及时、有效地反映森林生物量的动态，且推导得出的模型只适用于一定区域。传统方法估测森林生物量需要大量实测数据，消耗大量人力、物力和财力，难以在大区域推广。
遥感是远距离、不接触 “物体”而获取信息的技术。遥感技术系统是一个完整的技术体系，它包括从地表到空中及其空间信息的收集、存储、处理到判读分析和应用［10］。在遥感技术的支持下，研究大尺度的森林生物量，可以通过航天遥感与雷达遥感来获取信息。遥感具有客观、快速、准确的特点，更有利于森林生物量的估测。
随着航天遥感技术不断发展，航天遥感卫星可以提供丰富的植被波段等信息，
如今已广泛应用于森林生物量估测中［11］。由于我国南方是个多云、多雨、多霾地区，且航空遥感具有灵活、方便等特点，故航空遥感作为航天遥感的有力补充，将在很长时间内存在。航空遥感中最常用的便是无人机遥感，其具有获取图像空间分辨率高、灵活性较强，比较适合小区域的微观遥感应用的特点。如Mitch等［12］通过无人机进行低空拍摄，其影像中可显示植被特征，基于植被的颜色及纹理进行植被类型分类。张园等［13］分析指出，无人机遥感技术在森林病虫类、火灾方面有良好应用前景，在森林生物量估测方面有待研究。由于航空遥感摄影费用昂贵，观察范围受限制、光谱的响应范围窄、效率低等原因，故航空遥感估测森林生物量的研究较少。
2 基于遥感估测森林生物量技术
2.1 森林生物量遥感监测应用基础
森林生物量的遥感估测是通过可见光的红光波段和近红外波段光谱值、植被指数、叶面积指数和植被覆盖度等相互关系，首先推断出植被指数与生物量间的关系，进而估测森林生物量［14］。植被生态学特性反映了植被类型光合作用、呼吸作用等生态过程。可见光和近红外波段与叶绿素含量密切相关。微波有穿透某些植被和地表土壤的能力，可用来估测森林生物量。植被光谱与植被信息 （叶片结构、叶绿素含量、针叶角度、叶分布等）关系密切，此外，植被光谱还受地形因子 （坡度、坡向与坡位等）、植被覆盖率、大气辐射等的影 响［15］。
植被指数是利用卫星不同波段探测数据组合而成并能反映植物生长状况的指数，其中最常用的是归一化植被指数［15］。归一化植被指数通过红光波段反映植冠色素的吸收光合作用，近红外波段推断植物类别、健康状况等。一般情况下，
遥感在森林生物量监测的应用
