多源遥感技术及生态模型用于火灾后森林恢复监测与火险预警示范研究

Boreal forests in the Northeast China, although frequently suffered from fires in the monsoon climate, are the most important forest resource in northern China. This research is initiated from the severe fire erupted in the Greater Hinggan Mountain on May 6th, 1987, which burned 1.3 million hectares of forestlands in 28 days. Synergistic analysis of optical and microwave imagery from multiple sensors is proposed to monitor the decadal forest recovery in the past 20 years, including the re-establishment of forest canopy covers, structural parameters and aboveground woody biomass, and to assesstheir spatio-temporal distributions in forests with different burning intensities. This information will then be assimilated in a well-designed ecological model (LANDIS) to simulate forest succession and accumulation of fire fuel at landscape scales, which will play important role in predicting forest fires in short (30 years) and long (100 years) terms. Relying on the current Forest Fire Monitoring System in Heilongjiang Province, this research will demonstrate the feasibility of multi-source remote sensing and model assimilation in forest fire warning and fire risk assessment. The expected results will enhance our understanding of forest responses to fires at different intensities, provide base information for advanced fire monitoring in local agencies, and promote sustainable forest development in this region.

中国东北森林是我国北方的重要林区，也是林火重灾区。加强森林防火及促进灾后森林的恢复，是各级林业部门及资源保护单位的重要任务。本项目以1987年5月大兴安岭特大森林火灾为研究背景，结合光学和微波两种遥感机理，发展多源遥感（光学/雷达）信息融合技术，用来分析灾后20年间森林郁闭度、结构参数及生物量的时间变化及空间分布；利用已有的植被散射模型KARAM和空间景观生态模型LANDIS，发展模型协同技术来模拟灾后森林的演化过程、生物量恢复及可燃物积累；并进行短期（30年）及长期（100年）的火灾可能性分析。结合研究区20多年来的森林普查数据集火情记录，在已有的黑龙江火险预警系统上，进行多源遥感及模型协同在森林防火预警的示范应用。本项目的预期成果能加深我们关于森林应对于不同强度火灾的响应过程的理解，为本地区森林防火提供重要的基础数据，加强森林火灾监测的能力，促进可持续化森林管理。

中国东北森林是中国唯一的亚寒带针叶林区，也是林火重灾区。加强森林防火及促进灾后森林的恢复，是各级林业部门及资源保护单位的重要任务。本项目以1987年5月大兴安岭特大森林火灾为研究背景，结合光学和微波两种遥感机理，发展多源遥感（光学/雷达）信息融合技术，用来分析灾后20年间森林郁闭度及生物量的时间变化及空间分布；利用已有的植被散射模型KARAM和空间景观生态模型LANDIS，发展模型协同技术来模拟灾后森林的演化及生物量恢复过程；并进行短期（30年）及长期（100年）的火灾可能性分析。主要研究成果包括：(1) 重建了研究区1987年火灾后卫星图像植被指数的时间序列，分析了不同火灾强度下20年间森林恢复的空间动态特征。研究发现火灾后5年间森林郁闭度的恢复跟火烧强度显著相关，但1994年以后都趋向饱和；（2）在已有的植被后向散射模型的基础上，建立了多源模型输入的界面，可以更方便地模拟光学/微波融合的森林散射特征，最终为输出森林生物量的空间分布服务。研究发现，微波信息更准确的记录了森林恢复的过程，重度及重度过火区在20年后都未完全恢复；（3）开展了遥感信息与森林景观生态模型LANDIS的有机融合，进行灾后森林恢复的生态模拟及预测；（4）利用研究区的历史火情数据，分析了全球变化背景下大兴安岭林火格局的演变，发现大兴安岭林场的的林火格局可能已经发生变化；（5）最后，将研究区放在欧亚大陆的大环境下，分析了亚寒带植被物候对气候变暖的响应。本课题完成的关键数据包括：（1）1987年火灾强度制图的更新及完善；（2）灾后20年植被指数序列重建；（3）灾后20年森林二类树种分布制图；（4）生物量的遥感制图及灾后短期-长期生物量演变的景观模拟。本项目的一系列成果加深了我们关于大兴安岭森林应对于不同强度火灾的响应过程的理解，为本地区森林防火提供了重要的基础数据。鉴于本研究发现的大兴安岭林区林火格局的演变，亚寒带植被物候及林火格局对全球气候变暖的响应值得更进一步的研究。