植被遥感：地球生态的绿色守护者 | 世界地球日

4月22日是世界地球日，今年的主题是“我们的能源，我们的地球”。

植被是地球的“绿色肺叶”，更是可再生能源的重要载体。如何精准监测和评估全球植被动态，成为生态研究和可持续发展的重要课题。

植被遥感技术通过光谱、雷达、热红外等多维感知手段，构建精准、高效、全天候的地球植被生态监测网，能够揭开植物生长的奥秘。中国科学院空天信息创新研究院在相关研究中取得系列进展。

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植被遥感的“望闻问切”

植被遥感通过解析植被的光谱、结构和温度特征，实现对其健康状况的全面“诊断”。

植被的光谱特征与植被冠层结构、叶片色素含量等因素密切相关。借助植被的光谱特征，科研人员可以评估植被的健康状况和环境适应能力，为植被建立健康评分标准——植被指数，简单快速地反映植被的生长状态。植被指数值越高，表示长势越好，值越低，表示长势越差。

▲植被特征光谱反映植被生长状况

激光雷达可穿透植被冠层，通过点云数据获取植被高度、密度等三维结构信息。例如，单一草地层的雷达回波波形仅有单峰，而复杂林灌草结构则呈现多峰波形。

激光雷达信号穿透植被冠层的能力极大地拓展了科研人员对森林生态系统的认知维度和研究深度。

▲激光雷达反映波形不同森林结构

热红外遥感如同植被的“体温计”，可以帮助监测植被的温度变化。

在干旱条件下，植被的蒸腾作用减弱，植被温度相对较高；在潮湿条件下，植被的蒸腾作用增强，植被温度相对较低。因此，通过监测植被的温度变化，科研人员可以判断植被的含水状况，进而评估植被的干旱程度。

▲不同干旱条件下植被的热红外温度

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全球生态治理的“中国答卷”

科研人员通过植被遥感监测发现，2001年以来，得益于有效的生态系统保护和修复工程，我国陆地生态系统在较大范围内呈有序恢复、向好发展态势，森林面积持续增长，全国范围内植被生长状况改善区域面积占比达69.63%。

植被遥感监测成果证实了科学的生态系统保护与修复工程是陆地生态系统有序恢复的有效措施。

中国生态系统保护与修复工程取得的成果为全球森林可持续管理提供了可借鉴的经验和范例。

▲2001年-2022年中国分区域生态系统质量变化率空间分布（审图号：GS京（2023）2500号）

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助力全球可持续发展

在应对全球气候变化方面，厄尔尼诺-南方涛动事件频繁发生，极端天气事件导致极端干旱和火灾等频发，使植被生态系统显著改变。植被遥感能够实现大范围植被生长变化的实时监测，为生态系统服务功能、土地利用评估优化等提供重要依据。

基于遥感叶面积指数，科研人员发现，1982年—2020年欧亚草地呈现显著“变绿”趋势。空天院研究显示，澳大利亚厄尔尼诺事件引发干旱，导致植被生长明显退化，且面积、强度不断增强；拉尼娜事件通常带来丰富降水，使澳大利亚显著变绿。

这些动态监测揭示了地球脉动与植被生态系统响应的紧密关联，为可持续发展的气候行动、陆地生态保护目标提供科学支撑。

▲澳大利亚2010年至2020年植被变化在拉尼娜事件发生时期和厄尔尼诺事件发生时期对比（VGI：植被生长状况指数；FVC：植被覆盖度）

植被遥感能够“扫描”地球的绿色呼吸节律，扩展认知生态的维度，以“上帝视角”守护着地球的每一抹绿色，帮助人类绘制可持续发展路径，为世界地球日倡导的“人与自然能源共生”提供着坚实的科学支撑。

论文链接：

1.Wang, C., Li, J., Liu, Q., Huete, A., Li, L., Dong, Y., & Zhao, J. (2022). Eastern‐Pacific and Central‐Pacific Types of ENSO Elicit Diverse Responses of Vegetation in the West Pacific Region. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL096666

2. Liu, C., Li, J., Liu, Q., Gao, J., Mumtaz, F., Dong, Y., Wang, C., Gu, C., & Zhao, J. (2023). Combined influence of ENSO and North Atlantic Oscillation (NAO) on Eurasian Steppe during 1982–2018. Science of the Total Environment, 164735

3. Mumtaz, F., Li, J., Liu, Q., Arshad, A., Dong, Y., Liu, C., Zhao, J., Bashir, B., Gu, C., & Wang, X. (2023). Spatio-temporal dynamics of land use transitions associated with human activities over Eurasian Steppe: Evidence from improved residual analysis. Science of the Total Environment, 905, 16694

4. 顾行发，李闽榕，徐东华等著，《遥感监测绿皮书·中国可持续发展遥感监测报告(2023)》，2023.12，社会科学文献出版社

作者：李静 董亚冬 赵静

来源：中国科学院空天信息创新研究院

责任编辑：曹旸