摘要:亚马逊和新热带森林是全球最重要的生物群落之一,因为它们面积广阔、生物多样性独特,对全球气候以及人类栖息地和资源都具有重要意义。揭示人类存在对这些森林的影响对于我们了解生物多样性、生态系统功能和服务提供潜力至关重要。人类在这些热带雨林的存在可以追溯到 13,000 年前,这种存在的影响引起了激烈的争论。一些作者认为前哥伦布时期的植物驯化对当前亚马逊森林组成具有持续影响。其他作者认为后哥伦布时期对森林组成的影响比前哥伦布时期高出几个数量级。遥感证据作为帮助解决这些争论的一种方式变得越来越有用。在这里,我们回顾了过去、现在和未来使用遥感技术探测亚马逊和其他新热带森林中人类存在的几个历史时期(从考古到后现代社会)的人类基础设施。我们根据留下足迹的活动来定义人类存在,例如定居点、土丘、道路、木材和薪柴的使用、农业、土壤等。最后,我们讨论了使用遥感技术提供必要数据和信息的机会和挑战,以扩大我们对人类在新热带森林居住历史的理解,以及这种人类居住如何影响生物多样性。遥感技术最近在探测前哥伦布时期的人类基础设施方面有很多应用,从对森林砍伐地点的航拍照片进行目视检查到在机载和无人机平台上使用激光雷达探测树冠下的基础设施和较小的定居点。后哥伦布时期,尤其是殖民和帝国主义时期,尚未开展类似的努力。最后,我们对现代(20 世纪和 21 世纪)人类影响的了解毫不奇怪地更加广泛。遥感技术仍未得到充分利用,并且对于此类应用非常有用,新的任务可能会提供以前无法获得的解决方案。然而,系统的地面调查是不可替代的,需要提高遥感和地面调查相结合对人类存在的检测精度。因此,了解新热带森林生物多样性在过去人类存在下是如何发展的,这对于预测亚马逊和其他地区未来变化的方向至关重要。
热带森林树木的特性测量仅限于实地技术,主要测量树干圆柱形部分的直径,在测量形状不规则的大树以及其他尺寸属性(例如树总高和树冠大小)时存在很大的不确定性。在这里,我们介绍了一种将激光雷达点云数据分解为与单个树冠 (ITC) 相对应的 3D 聚类的方法,该方法可以估算热带森林的许多生物物理变量,如树高、树冠面积、树冠体积和树木数量密度。使用在巴拿马巴罗科罗拉多岛 50 公顷热带森林科学中心 (CTFS) 地块上收集的机载高分辨率激光雷达数据测试了基于 ITC 的方法。由于缺乏实地树高和树冠大小测量,因此无法直接验证 ITC 指标。我们通过比较使用地面和激光雷达单株树木测量值在多个空间尺度(即 1 公顷、2.25 公顷、4 公顷和 6.25 公顷)上估算的地上生物量 (AGB) 来评估我们方法的可靠性。我们研究了四种不同的激光雷达得出的 AGB 模型,其中三种基于单株树木的高度、树冠体积和树冠面积,一种使用激光雷达树冠高度模型在样地水平上计算平均树冠高度 (TCH)。结果表明,所有基于 ITC 大小和 TCH 的模型的预测能力随着空间分辨率的降低而增加,最差的模型在 1 公顷时为 16.9%
热带森林树木的表征仅限于基于现场的技术,该技术侧重于测量树干圆柱形部分的直径,在测量形状不规则的大树以及其他尺寸属性(例如树的总高度和树冠大小)时存在很大的不确定性。在这里,我们介绍了一种将激光雷达点云数据分解为与单个树冠 (ITC) 相对应的 3D 簇的方法,该方法可以估计热带森林的许多生物物理变量,例如树高、树冠面积、树冠体积和树木数量密度。使用在巴拿马巴罗科罗拉多岛 50 公顷热带森林科学中心 (CTFS) 地块上收集的机载高分辨率激光雷达数据测试了基于 ITC 的方法。由于缺乏现场树高和树冠大小测量,因此无法直接验证 ITC 指标。我们通过比较使用地面和激光雷达单株树木测量值在多个空间尺度(即 1 公顷、2.25 公顷、4 公顷和 6.25 公顷)上估算的地上生物量 (AGB) 来评估我们方法的可靠性。我们研究了四种不同的激光雷达得出的 AGB 模型,其中三种基于单株树木高度、树冠体积和树冠面积,一种使用激光雷达冠层高度模型在地块水平计算平均树冠高度 (TCH)。结果表明,所有基于 ITC 大小和 TCH 的模型的预测能力都随着空间分辨率的降低而增加,从最差模型在 1 公顷时的 16.9% 到最佳模型在 6.25 公顷时的 5.0%。除了在更高的空间尺度(~4 公顷)下以及由于与树冠相关的边缘效应而导致的误差减少外,基于 TCH 的模型表现略好于基于 ITC 的模型。与根据森林类型和结构异速生长而区域性变化的 TCH 模型不同,基于 ITC 的模型是根据单个树木异速生长而得出的,可以扩展到全球所有热带森林。激光雷达检测单个树冠大小的方法克服了地面清查的一些局限性,例如 1) 它能够接触大树的树冠;2) 它能够评估大片和人迹罕至地区的树木密度、树冠结构和森林动态的方向变化,从而支持稳健的热带生态研究。© 2016 Elsevier Inc. 保留所有权利。
摘要。在 C 波段,SAR 图像在不同类型的自然土地覆盖之间通常表现出很小的平均振幅变化。但是,在这种图像的纹理属性中经常可以找到大量信息,尤其是在以高空间分辨率获取时。这种纹理信息可能有助于观察影响陆地表面植被均匀性的过程,例如人类干扰后再生热带森林的阶段性演替,其特点是随着再生物种被硬木物种取代,冠层均匀性逐渐降低。在本研究中,比较了三种测量巴西中部热带森林地区 C 波段机载 SAR 图像纹理的技术。通过使用 Landsat TM 图像的时间序列来独立估计再生年龄,评估这些测量对森林再生阶段的依赖性。每种纹理测量都能够很好地区分成熟森林和其他类型的植被,而仅使用图像振幅无法做出相同的区分。不同年龄的再生树似乎可以进一步区分,但很难定量证明,因为很难对再生年龄进行令人满意的验证。
人们普遍认为,保护森林地区可以大大有助于缓解全球气候变化。为此,联合国气候变化框架公约 (UNFCCC) 等国际机构制定了一项减少二氧化碳排放 (REDD) 的合作计划,以更新温室气体排放清单。然而,研究表明,准确估计森林的碳储量仍然存在不确定性,尤其是使用光学遥感。因此,本研究旨在确定机载 LiDAR 数据或 VHR GeoEye 卫星图像中的哪一个来源可以为尼泊尔奇特旺亚热带森林的生物量/碳估算提供更准确的信息。非常高分辨率的 GeoEye 卫星图像仅提供二维信息,而 LiDAR 数据提供三维信息。在本研究的方法中,LiDAR 数据需要更多分析,因为来自传感器的原始信息是在点云中获取的。然后,从点云中得出数字表面模型 (DSM) 和数字地形模型 (DTM)。树冠高度模型 (CHM),即树木的高度,是通过 DSM 和 DTM 之间的差异计算得出的。将从 LiDAR 数据得出的树木高度与实地测量的树木高度进行比较。使用面向对象分析 (OOA) 技术对 LiDAR CHM 和 GeoEye 图像进行分割,以删除
在全球范围内绘制和监测热带森林覆盖率只能通过遥感图像和地理信息系统 (GIS) 工具来完成,这些工具可以绘制和计算图像分析的结果。自 1973 年以来,NASA 的 Landsat 卫星已连续获取了大部分热带地区的图像。这些图像提供了 20 年的时间序列,可以对热带森林覆盖率前所未有的变化进行前后分析。通过对这些图像和其他数据的分析,可以编制显示森林范围和森林砍伐模式的地图,本文后面将对此进行介绍。还需要森林管理区、公园、保护区和其他重要特征(如交通网)的补充地图,以便进行保护规划和气候