基于遥感的珊瑚礁生态脆弱性精细化评价

Coral reefs, which have rich biodiversity and economic value, are one of the most important ecosystems on Earth. In recent years, global change and human activities have led to the fragility, instability and serious degradation of coral reefs, and there is an urgent need for their protection and restoration. However, due to their high degree of spatial heterogeneity, there is still a lack of research on the fine evaluation of the ecological vulnerability for coral reefs, which mainly focuses on lacking of fine data for ecological vulnerability factors and insufficient consideration of thresholds for ecological stress factors in standardization. Taking the Qilian Islet in Xisha Islands of the South China Sea as an example, this project mainly adopts the remote sensing technology and combines the field investigation, meteorological observation, wave simulation and GIS spatial analysis methods to carry out the studies of fine evaluation methods for ecological resistance factors based on geomorphology, bathymetry, wind and wave of four key spatial heterogeneity control factors, the fine evaluation methods for ecological stress factors based on downscaling, as well as the nonlinear standardization methods for ecological vulnerability factors based on thresholds. The above three studies can finally construct a fine evaluation methodology for reef ecological vulnerability, which not only provides a methodological reference for quantitative assessment of reef ecological vulnerability, but also provides theoretical basis and technical support for reef protection and restoration as well as for fighting against climate change according to local conditions.

珊瑚礁具有丰富的生物多样性和经济价值，是地球上最重要的生态系统之一。近年来全球变化和人类活动导致珊瑚礁呈现脆弱、不稳定与严重退化的趋势，亟需实施保护与恢复。然而，由于珊瑚礁的高度空间异质性，当前开展珊瑚礁生态脆弱性精细化评价的研究还很缺乏，主要在于评价因子数据精细化不足及标准化处理中生态压力因子等变化阈值考虑不足。本项目拟以我国南海西沙群岛七连屿为例，以卫星遥感技术为主体，结合野外调查、气象观测、波浪模拟与GIS空间分析等方法，开展基于地貌、水深、风和波浪关键控制因素的生态抵抗力评价因子精细分布提取方法、基于空间尺度下推的生态压力因子精细分布获取方法以及基于变动阈值的生态脆弱性评价因子非线性标准化等内容的深入研究，以构建一套珊瑚礁生态脆弱性精细化评价方法体系，不但为珊瑚礁生态脆弱性空间定量评价提供方法参考，还可为因地制宜的珊瑚礁生态系统保护与恢复及应对气候变化等提供理论依据和技术支撑。

珊瑚礁具有丰富的生物多样性和经济价值，是地球上最重要的生态系统之一。近年来全球变化和人类活动导致珊瑚礁呈现脆弱、不稳定与严重退化的趋势，亟需实施保护与恢复。本研究以卫星遥感数据为主体，结合2019年以及前期在西沙群岛七连屿、永乐环礁、玉琢礁、华光礁、盘石屿及周边海域实地调查的底质、水深和海温等资料，开展基于地貌、水深、风和波浪关键控制因素的生态抵抗力评价因子精细分布提取方法，基于空间尺度下推的生态压力因子精细分布获取方法以及基于变动阈值的生态脆弱性评价因子非线性标准化等内容的深入研究，以构建一套珊瑚礁生态脆弱性精细化评价方法体系。此外，还进一步结合气候模型模拟的未来海温和海平面上升数据，开展了未来全球变化背景下珊瑚礁的生态脆弱性模拟预测与保护对策研究。研究在5个方面取得进展：1）获取了地貌、水深、水深位置指数、粗糙度、剖面坡度和坡向6个珊瑚礁空间异质性关键因子精细分布数据，构建了基于关键控制因子的珊瑚覆盖度、耐压珊瑚覆盖度、珊瑚种多样性、珊瑚种均匀度4个生态抵抗力评价因子的预测模拟与统计间接遥感模型，获取了生态抵抗力评价因子精细分布数据；2）基于平均海表面温度（SST）异常升高关键生态压力指标，在劈窗算法中建立了MODIS SST与Landsat TIRS SST的空间尺度下推模型，反演获取了研究区30m分辨率高温时期平均SST异常升高指标精细空间分布数据；3）分析了海温异常与珊瑚礁白化以及死亡的累积效应复杂模式，提出了基于阈值的累积热周DHW生态压力评价因子非线性与线性相结合的标准化方法，构建了一套珊瑚礁生态脆弱性精细化评价方法体系；4）研究区生态脆弱性在不同珊瑚礁之间以及同一珊瑚礁不同地貌、分区和方位之间存在差异性，基于生态抵抗力模型和生态压力模型可以明确生态脆弱性的成因；5）未来80年西沙群岛和东沙群岛的珊瑚礁可能有更好的生长前景，该区礁坪生物稀疏带可能附着更多造礁珊瑚，转变为礁坪生物丛生带；南沙群岛南部的珊瑚礁存在珊瑚停止生长的风险。项目成果可为珊瑚礁生态脆弱性空间定量评价提供方法参考，还可为因地制宜的珊瑚礁生态系统保护与恢复及应对气候变化等提供理论依据和技术支撑。该项目共发表论文9篇，其中 SCI论文2篇，EI论文1篇。