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@novachen 2020-03-01T12:05:52.000000Z 字数 4077 阅读 1736

森林监管的“千里眼”

主被动协同 森林 砍伐


森林是全球生物圈中重要的一环,对维系整个地球的生态平衡起着至关重要的作用。在党的十九大报告中,习近平总书记明确指出,人与自然是生命共同体,人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然,要加快生态文明体制改革,建设美丽中国。习总书记也在多次考察和调研中强调一定要把生态环境保护放在社会发展建设过程中更加突出的位置,像保护眼睛一样保护生态环境,既要绿水青山,也要金山银山,绿水青山就是金山银山,加强和培育生态文明,保护好每一寸绿色。

自然保护区的建立是保护生态环境、自然资源和生物多样性的有效措施,是为子孙后代留下天然的“本底”的重要途径,是为野生动植物保留“最后”栖息地的重要方式。经过60多年的发展,我国自然保护区事业已经走过了抢救性建立和快速增长的发展阶段,目前正处于由数量规模型向质量效益型转变的关键时期。但随着工业化和城镇化的快速发展,保护与开发的矛盾日益突出,自然保护区内的人类活动大幅度增加,对保护对象的干扰日益严重,影响了自然保护区的管护成效,特别是一些违法违规开发活动对自然保护区造成了不可挽回的破坏,影响了自然保护区事业的健康有序发展。党中央、国务院历来高度重视自然保护区工作,对生态破坏、环境污染的现象实现零容忍,特别是对于自然保护区内的生态破坏,更加重视与关注。近期由环保部联合众多单位发布的《自然保护区遥感监测及核查处理办法》与《中共中央办公厅 国务院办公厅关于甘肃祁连山国家级自然保护区生态环境问题督查处理情况及其教训的通报》,以及环境保护部、 国土资源部、 水利部、 农业部、 国家林业局、 中国科学院、 国家海洋局共同在全国组织开展“绿盾2017” 国家级自然保护区监督检查专项行动等,都足以说明国家政府对生态环境问题特别是自然保护区生态建设的重视。

遥感在林业/自然保护区监管的作用

林区或者自然保护区面临着来自自然和人为两方面因素的影响,前者包括地震、山体滑坡、洪水、森林火灾等;后者包括资源过度开采、滥砍滥伐、土地圈占、水利建设、污染、城市化和过度旅游开发等。而由于林区或者自然保护区分布广、面积大,环境复杂,长期以来,主要是通过人工进行监管,能力有限,难以及时发现和处理问题。遥感作为目前人类快速实现全球或大区域对地观测的唯一手段,具有时间、空间和光谱的广域覆盖能力,以及区域化、快捷化、定量化、周期化等不可替代的优势,是获取生态信息、监测环境变化的强有力手段,已成为环境保护最重要的监测手段,并日益发挥重大作用,为相关管理部门提供重要的信息保障和决策支持。图1展示的遥感在林业和自然保护区监管的作用。从工作流程上来讲,遥感主要能够监测森林的变化状况、分析其变化的类型以及对其变化进行持续的跟踪。从业务类型来讲,主要监测森林的快速变化和缓慢变化,即人类活动给森林带来的快速变化,如在林区砍伐森林、兴建设施以及开山取石等等以及森林自身生态环境的变化。

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图1 遥感在林区/自然保护区监测中的作用

卫星遥感根据接收电磁波类型不同分为了被动遥感和主动遥感。被动遥感其辐射源主要是太阳,而主动遥感,其辐射源主要是自身辐射计所发出的电磁波。当前对于地物的监测应用较多遥感工具是被动遥感的可见光/红外遥感以及主动遥感的合成孔径雷达(SAR)数据。可见光/红外遥感影像,通常具有较高的空间分辨率,可以很清楚地反映地物的状况,能够较容易地解译识别出地物的类型和状态。而合成孔径雷达(SAR),由于接收的是自身发出的电磁波,且电磁波的波长较长,因此具有穿透云雨的特性,能够全天时、全天候的监测,且对目标地物具有一定的穿透能力,能够获得更为丰富的光谱变化和结构信息,可以更好地反映地物表面的信息。图2简要显示的光学遥感(即可见光/红外遥感)和雷达遥感数据的特点和作用。

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图2 光学和雷达遥感的特点

遥感卫星林业/自然保护区监管的困惑和出路

遥感卫星能够有效地监控地表发生的变化,如众所周知的Googel Earth 以及百度地图的遥感底图,这些影像能很清楚地观测出地物的状况。但是对于林区或者自然保护区而言,往往处于深山高耸之处,其云雨雪覆盖极为频繁,当有云雨覆盖时,光学卫星数据就很难监测到地面的状况。遥感卫星都有一定的重访周期,特别是对于森林监测所需的高分辨率卫星,往往需要一个月或者更长时间才能对同一地区进行重复观测,如果在卫星过境时遇到云雨雪等情况,就很难获得地面监测的有效数据,周而复始,这就导致了很多林区或者自然保护区在数月甚至一年中都很难通过遥感获取到有效数据,进而造成了当前森林监管的难题和困惑。如图3所示,是利用MODIS卫星的近十年云产品平均数据,所做的中国区域云雨覆盖情况的示意图。图中颜色越红色和黄色表明该区域的云雨覆盖越频繁,颜色越蓝色表明该区域的云雨覆盖越稀少。可以看出在我国四川盆地、云贵高原以及长江中下游以及华南各省份的云雨覆盖极为频繁,而这些区域往往又是我国森林覆盖较好,需要进行大量有效森林监管的区域。

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图3基于近十年遥感数据的年度云量平均值统计图(中国区域)

上述森林监管的困惑主要是基于过去森林监管中多应用光学遥感数据,而对于合成孔径雷达的SAR数据应用较少的缘故。中国科学院遥感与数字地球所陈甫团队,综合利用主被动遥感数据的特点,进行优势互补,形成了一套针对森林监测的主被动协同监测的方案,能够对林区和自然保护区进行有效的监管。图4显示的是主动遥感(合成孔径雷达SAR)和被动遥感(可见光/红外遥感)的优缺点,以及同一区域SAR数据和可见光数据的对比示意图。在森林监管中主要利用SAR数据进行森林变化的筛查,用光学遥感数据对变化进行进一步的定性和分析。

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图4主被动遥感数据的优缺点

成都近郊林区监测

成都位于四川盆地腹地,常年湿润多雨,成都气候的一个显著特点是多云雾。因此过去对于林业监管部门来说,很难通过光学卫星对成都乃至四川地区的森林进行有效的监控。图5中的左图就是利用SAR雷达影像对2015~2016年间的成都区域进行变化监测的图示。在图中,蓝色或者黄色的部分是检测出的变化区域,黑白的部分表明是监测时间段内未发生变化的区域(本文中SAR雷达变化检测的图斑均用这种情况展现)。右图是左图红框的放大图,以便更清晰地看到放大的细节。选取了所监测出的森林砍伐的A、B、C三个区域,进行详细的分析,具体见图3。

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图5 2015年~2016 成都地区SAR变化检测图示(右图是左图红框的放大)

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图6 选取的三个区域SAR变化监测的图斑以及相应光学影像的对照

图6中的三个区域位于成都回龙镇附近,可以看出三个区域都有大面积的森林砍伐,并且在A图中还监测到林地砍伐后有厂房的建立。此区域的情况经过查询发现(http://www.cdbpw.chengdu.gov.cn/detail.asp?ID=11242),已于2017年8月份被群众举报,中央环保督察组任务交办,由成都市森林公安局挂牌督办,核实了“群众反映邛崃市回龙镇白杨村七、八组采矿点原有树林被砍伐,林地被非法占用的情况属实”。目前案件正在进一步侦办中。通过遥感影像可以看出该区域的森林砍伐主要发生在2016年间,而相关部门进行调查核实还是依靠群众举报和中央督查才开始进行,并且该调查肯定是2017年间的事情,这样对一些违法破坏行为不能有效地监管和制止,使得破坏在不断的进行,直至群众举报得到回应。因此对于林业监管部门,应该充分认识到森林监管的重要,利用遥感等技术,对森林砍伐破坏行为进行有效的监管,才能真正做到保护好每一份绿色。

天山天池自然文化遗产地的森林砍伐

天山天池使世界自然遗产,国家AAAAA级旅游景区,国家地质公园,国际人与自然生物圈保护区以及国家重点风景名胜区。但是在对天山天池进行相关监测中发现在2016-2017年度新疆天山(天池)北麓阜康市三工河乡西台子有大量地表变动的强烈信号。如图7所示,黄圈内为监测出的森林砍伐区域。

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图7 天山(天池)阜康市三工河乡西台子附近2016年-2017年变化检测图示(黄色圈内为森林砍伐区域)

通过2016-2017的光学卫星影像对比,如图8黄圈内所示,发现有大量林地被砍伐现象,而且很多地方有明显挖掘施工的痕迹,周边还兴建了类似工棚的建筑,疑似一个大规模的基建施工正在开展。

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图8 2016和2017年的哨兵二号卫星影像对比(图像做了增强处理),这里颜色较深的部分是森林乔木

这个区域处于联合国教科文组织公布的自然保护区数据库的矢量图边界上,如图9所示,黄圈为该区域的位置。虽然这个矢量边界不是非常精确,但是问题值得相关部门的重视。新疆虽然广大,但是在新疆的气候条件下大型乔木生长十分不易,发生这样大规模的砍伐森林,建设是否符合相关的审批程序,需要相关部门进行核实和确认。

武夷山自然遗产地森林砍伐

同样在武夷山自然遗产地核心区内也发现了不少森林砍伐的现象,以图11中A和B两个区域为例进行简要的介绍。图中红线范围为武夷山自然遗产地的边界范围,黄色矩形框为A和B两个区域分布的位置。

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图11 武夷山自然遗产范围以及监测森林砍伐的A和B区域分布

图12上图展示的是A区域2016年~2017年雷达影像检测出变化图斑,下图展示的该区域2016年和2017年光学影像对比图,从中可以看出,该范围内有不少林地砍伐的现象发生。

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图12 武夷山自然遗产地A区域森林砍伐雷达和光学影像图示(黄圈内为砍伐集中的区域)

同样图13上图展示的是B区域2016年~2017年雷达影像检测出变化图斑,下图展示的该区域2016年和2017年光学影像对比图,该范围黄圈内为森林砍伐严重区域,可以看出该区域的森林砍伐极为严重。

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图13武夷山自然遗产地A区域森林砍伐雷达和光学影像图示(黄圈内为砍伐严重的区域)

通过综合利用多种遥感数据,能够及时有效地将“很少、很难”监管的林区或者自然保护区的管起来,提高监管水平,降低监管成本,真正做到保护好每一份绿色,为生态文明建设增绿添彩。


联系方式

陈甫 副研究员
中国科学院遥感与数字地球研究所
chenfu@radi.ac.cn
13811147935

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