近日，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所熱帶林業(yè)生態(tài)課題組在橡膠林冠層高度遙感估算方面取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)通過深度整合前期研究的數(shù)據(jù)產(chǎn)品、多源衛(wèi)星遙感影像以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法，精確地估算了2020年海南島橡膠林的冠層高度信息。
森林冠層高度是評估森林健康、生物多樣性和碳儲(chǔ)存能力的重要指標(biāo)。在全球氣候變化和環(huán)境保護(hù)日益受到關(guān)注的背景下，精確測量森林冠層高度對于制定科學(xué)的森林管理政策和應(yīng)對氣候變化至關(guān)重要。然而，由于技術(shù)限制，過去的研究往往難以對特定樹種的冠層高度進(jìn)行準(zhǔn)確估算。
為了克服這一難題，橡膠所熱帶林業(yè)課題組聚焦海南島廣泛種植的橡膠林，利用遙感大數(shù)據(jù)監(jiān)測的橡膠種植年份數(shù)據(jù)、Landsat-8和Sentinel-2光學(xué)遙感影像，以及PALSAR-2 L波段雷達(dá)和星載激光雷達(dá)GEDI數(shù)據(jù)集，構(gòu)建了精細(xì)的估算模型。通過應(yīng)用隨機(jī)森林算法，成功提高了單一樹種冠層高度估算的精度。
研究結(jié)果顯示，新構(gòu)建的模型在精度上有了顯著提升，其決定系數(shù)（R2）高達(dá)0.86，均方根誤差（RMSE）和平均絕對誤差（MAE）分別降低至1.68米和1.32米。與以往的研究相比，該模型不僅具有更好的一致性，而且有效減少了對橡膠林冠層高度的低估現(xiàn)象。此外，研究還發(fā)現(xiàn)海南島橡膠林的平均冠層高度約為15.67 ± 1.87 米，這一數(shù)據(jù)為未來的橡膠林管理和生態(tài)保護(hù)提供了重要參考。
圖 1 橡膠林冠層高度模型的精度驗(yàn)證結(jié)果：a）無林齡模型，b）有林齡模型及c）模型變量重要性排序.
圖 2 不同樹高反演產(chǎn)品結(jié)果比較：a）不同年齡樹高殘差箱線圖，b）樹高殘差分布圖，c）與GEDI_v27產(chǎn)品空間差異比較，和d）與和NNGI產(chǎn)品空間差異比較。
圖 3 海南橡膠林冠層高度估算結(jié)果：a）空間分布圖，b）特定區(qū)域冠層高度，和c）谷歌高清影像。
相關(guān)研究成果以題為“Improving the accuracy of canopy height mapping in rubber plantations based on stand age, multi-source satellite images, and random forest algorithm”的研究論文發(fā)表在《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》（中科院1區(qū)TOP期刊，IF = 7.50）。論文第一作者為中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所與南京林業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的碩士研究生高遠(yuǎn)鳳同學(xué)，橡膠研究所的陳幫乾研究員為論文通訊作者，合作者還包括來自橡膠所、西南林業(yè)大學(xué)和南京林業(yè)大學(xué)的多位老師和同學(xué)。該研究得到國家自然科學(xué)基金（42071418，32371876），海南省自然科學(xué)基（422CXTD527）、天然橡膠產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-33）等多個(gè)項(xiàng)目的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jag.2024.103941.
責(zé)任編輯：天然橡膠處
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