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          綜合新聞

          東北地理所在Science Bulletin發(fā)文報道新一代全球紅樹(shù)林遙感制圖成果

          文章來(lái)源:東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所    |    發(fā)布時(shí)間:2023-05-17    |    【放大】 【縮小】  |  【打印】 【關(guān)閉

            紅樹(shù)林生態(tài)系統是全球生產(chǎn)力最高、生物多樣性最豐富的生態(tài)系統之一。作為海陸交界的生態(tài)過(guò)渡帶,紅樹(shù)林提供了多種生態(tài)系統服務(wù),如防風(fēng)消浪、促淤造陸、控制污染、調節氣候等;同時(shí),其獨特的根系為各種魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)和其他海洋生物提供良好的棲息地和覓食場(chǎng)所。紅樹(shù)林生態(tài)系統的保護、管理和恢復關(guān)乎人類(lèi)福祉。紅樹(shù)林與多項可持續發(fā)展目標(Sustainable Development Goals, SDGs)密切相關(guān),如SDG 6、SDG 13、SDG 14等。精準的空間分布信息是評估全球紅樹(shù)林生態(tài)系統的健康狀況以及實(shí)施相應的保護策略的關(guān)鍵。

            目前,已有10余套全球尺度紅樹(shù)林遙感數據產(chǎn)品。然而,受限于遙感影像的空間分辨率(如Landsat系列)等,早期的紅樹(shù)林數據產(chǎn)品難以精確刻畫(huà)紅樹(shù)林斑塊特征,如形狀、邊界等,同時(shí)也缺乏合理的空間細節。一些全球紅樹(shù)林遙感產(chǎn)品應用了部分區域的10米分辨率的衛星影像,但是由于沒(méi)有考慮到潮汐的周期性淹沒(méi),或采用了傳統的基于像素的分類(lèi)方法,造成嚴重的漏分或“椒鹽”噪音。

            為了克服這些困難,東北地理所賈明明副研究員、王宗明研究員在可持續發(fā)展大數據國際研究中心的支持下,聯(lián)合武漢大學(xué)、美國羅德島大學(xué)、俄克拉荷馬大學(xué)的合作者,利用遙感大數據和Google Earth Engine(GEE)云平臺,集成影像最大值合成算法(MSIC)以及面向對象機器學(xué)習算法(OBRF),提出了一種高效、高精度、高魯棒性的紅樹(shù)林提取方法體系,構建了全球首套高空間分辨率(10米)的全球紅樹(shù)林分布數據集,命名為HGMF_2020.該方法體系的基本思路為:①利用現有的紅樹(shù)林數據集,確定全球紅樹(shù)林具體的分布范圍;②應用影像最大值合成算法在GEE平臺上合成全年最低潮影像;③結合面向對象分割和隨機森林算法,提取2020年全球紅樹(shù)林。以海南東寨港為例,基于OBRF算法進(jìn)行紅樹(shù)林提取的流程如圖1所示。

            與之前發(fā)布的全球紅樹(shù)林數據相比,HGMF_2020具有如下三方面的優(yōu)勢:①空間分辨率更高,被精細刻畫(huà)的紅樹(shù)林斑塊包含具有地理學(xué)意義的屬性信息;②紅樹(shù)林斑塊空間形態(tài)完整、邊界清晰,可直接用于后續的研究和分析;③漏分誤差較低,包含更多零散分布的小面積紅樹(shù)林,總體制圖精度達到95%以上。

          圖1. 基于面向對象方法和Sentinel-2影像的全球紅樹(shù)林制圖流程

            研究結果顯示,2020年全球紅樹(shù)林總面積為145,068km2,面積范圍和空間分布如圖2所示,其中亞洲地區紅樹(shù)林資源最為豐富,約占全球總面積的39.2%;印度尼西亞紅樹(shù)林資源在所有國家中最為豐富,總面積約28,631km2,其次是巴西(12,149km2)和澳大利亞(10,530km2)。進(jìn)一步分析發(fā)現,全球共有紅樹(shù)林斑塊336,972個(gè),其中95%以上斑塊的面積小于1km2.可見(jiàn)全球紅樹(shù)林生境較為破碎。

          圖2. 2020年全球紅樹(shù)林的面積范圍和空間分布

            研究人員還分析了全球紅樹(shù)林的保護情況,結果顯示,全球44%的紅樹(shù)林位于保護地內部,這一數值略高于全球紅樹(shù)林聯(lián)盟發(fā)布的結果(42%),其中南美地區受保護的紅樹(shù)林面積最大,南亞地區受保護的紅樹(shù)林比例最高。已有研究表明,海陸方向寬度大于100m的紅樹(shù)林具有顯著(zhù)的防風(fēng)消浪能力,寬度大于1,500m的紅樹(shù)林可將1 m高的海浪消減至0.05m。賈明明等人通過(guò)分析紅樹(shù)林林帶寬度,定量描述了紅樹(shù)林在抵御自然災害中的重要作用,結果顯示,全球幾乎所有的紅樹(shù)林都具有明確的防風(fēng)消浪作用。

          圖3. 全球紅樹(shù)林保護的空間信息

            HGMF_2020提供了最新的、分辨率最高的全球紅樹(shù)林的空間分布以及斑塊結構信息,可用于海岸帶保護與管理工作,并可以服務(wù)于聯(lián)合國可持續發(fā)展目標(SDGs)的評估。HGMF_2020數據集可在GEE平臺上直接查看,并隨文發(fā)布了數據下載地址。

            本研究由東北地理所賈明明副研究員、王宗明研究員、毛德華研究員、任春穎研究員、宋開(kāi)山研究員、趙傳朋博士,武漢大學(xué)王超副教授,美國俄克拉荷馬大學(xué)蕭向明教授,美國羅德島大學(xué)王野喬教授共同完成,賈明明為第一作者,王宗明、王野喬為通訊作者。該研究成果以Research Article形式發(fā)表于Science Bulletin(IF = 20.577)期刊,得到可持續發(fā)展大數據國際研究中心開(kāi)放研究計劃(CBAS2022ORP06)、中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項(A 類(lèi))(XDA19040500)和中科院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )人才(2021227)項目等共同資助。

            論文發(fā)表后,得到國際國內相關(guān)領(lǐng)域學(xué)者的高度關(guān)注。中國科學(xué)院院士、可持續發(fā)展大數據國際研究中心主任、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng )新研究院郭華東研究員,國際著(zhù)名紅樹(shù)林遙感專(zhuān)家Dan Friess教授應Science Bulletin、《科學(xué)通報》期刊的邀請,分別為論文撰寫(xiě)了亮點(diǎn)述評。多位國際學(xué)者來(lái)函要求共享論文和數據。

            文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.scs.2023.104505

            引用信息:M. Jia, Z. Wang, D. Mao, C. Ren, K. Song, C. Zhao, C. Wang, X. Xiao, Y. Wang,Mapping global distribution of mangrove forests at 10-m resolution, Science Bulletin (2023), doi: https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.05.004.