衛星數據揭秘35年全球植被(bèi)演變

時(shí)間：2018年9月11日

       随著(zhe)地球人口越來越多，人口所需糧食也需要更多的土地來耕種(zhǒng)。爲了獲取更多的耕地，人類伐林擴耕，霸占了不少林地的面(miàn)積，一度讓地球上的樹木深受重創。當人類意識到樹木對(duì)于地球的重要性後(hòu)，退耕還(hái)林、保護森林的政策頻出。那麼(me)，在人類行爲的頻繁幹擾下，全球林地面(miàn)積與耕地面(miàn)積有何變化？其他土地覆被(bèi)情況又是如何呢？

　　美國(guó)馬裡(lǐ)蘭大學(xué)的研究人員就(jiù)利用30多年的衛星數據繪制成(chéng)了全球土地覆蓋的變化圖，并從中發(fā)現地球的森林植被(bèi)覆蓋正在增加，裸地覆蓋正在減少——這(zhè)主要是因人類活動造成(chéng)，包括氣候變化在内的自然因素占次要地位。這(zhè)篇論文于8月8日發(fā)表在《自然》在線。

　　人類改變自然的能(néng)力到底有多強

　　馬裡(lǐ)蘭大學(xué)的研究其實是將(jiāng)人類行爲對(duì)地球的影響進(jìn)行量化，量化的标準就(jiù)是土地覆被(bèi)變化情況。土地覆被(bèi)變化是指地表的植被(bèi)覆蓋物，如森林、草原、耕作植被(bèi)和冰雪等非植被(bèi)覆蓋物的面(miàn)積變化和類型間的相互轉換。

　　隻是一直以來，困擾科學(xué)家的是對(duì)全球土地覆被(bèi)情況了解不足。因爲這(zhè)項工作需要從地方和全球尺度上長(cháng)期考慮，特别是將(jiāng)田地、草地和其他非森林植被(bèi)土地納入考慮範圍之内，而已有的研究主要集中于2000年以後(hòu)森林覆蓋變化。

　　若要全面(miàn)了解地球系統變化和土地覆被(bèi)情況，位于地球上方、不停“監視”地球的衛星是個不錯的選擇。論文作者之一、馬裡(lǐ)蘭大學(xué)地理科學(xué)系博士後(hòu)、研究員宋曉鵬就(jiù)與同事(shì)們一起(qǐ)從衛星數據入手開(kāi)始這(zhè)項研究。“我們使用的衛星數據從1982年開(kāi)始，因爲該數據是目前覆蓋全球的時(shí)間序列最長(cháng)的衛星數據。”宋曉鵬告訴《中國(guó)科學(xué)報》記者。

　　使用的衛星數據跨度自1982年開(kāi)始到2016年，爲了更全面(miàn)地研究，數據也來自多顆衛星。其中，先進(jìn)甚高分辨率輻射儀（AVHRR）數據來自美國(guó)大氣海洋局的NOAA衛星，中分辨率成(chéng)像光譜儀（MODIS）數據來自美國(guó)宇航局的Terra衛星，增強主題測繪儀（ETM+）數據來自美國(guó)宇航局和美國(guó)地質調查局聯合管理的Landsat衛星。此外，研究數據中還(hái)有谷歌地球中的多種(zhǒng)高分辨率商業衛星數據。

　　這(zhè)些數據總量是龐大的，因爲NOAA衛星數據是以“天”爲單位獲取的，而且記錄的元素較多，比如雲。爲了去掉雲的影響，宋曉鵬等人將(jiāng)原始數據做了逐月數據合成(chéng)，并進(jìn)一步把逐月合成(chéng)的數據進(jìn)行了統計轉換，生成(chéng)了标準化逐年數據集。然後(hòu)，研究人員使用高分辨率土地覆蓋産品做訓練樣(yàng)本，訓練了一組“回歸樹”模型，并把訓練好(hǎo)的回歸樹模型應用在逐年标準化衛星數據上，研制了逐年土地覆蓋産品。

　　最終，宋曉鵬等人發(fā)現，在35年間，全球的林木樹冠覆蓋增加了7%或224萬平方公裡(lǐ)，裸地覆蓋減少了116萬平方公裡(lǐ)。他們采用了概率抽樣(yàng)法進(jìn)行分析，最終确定觀察到的60%的土地變化都(dōu)與人類直接活動有關，而40%是由氣候變化等間接驅動因素造成(chéng)的。

　　森林面(miàn)積增加未必是好(hǎo)事(shì)

　　從數據上看，全球林木樹冠面(miàn)積增加是因爲亞北極、亞熱帶和溫帶的林木出現淨增長(cháng)。淨增長(cháng)的主要原因是當地人類的土地利用活動。當然，不同地區的原因也有差異。比如在東歐，林木樹冠增加主要是蘇聯解體後(hòu)農業棄耕造成(chéng)的森林面(miàn)積增加；而在中國(guó)，主要是退耕還(hái)林及造林項目等的結果；美國(guó)東部的森林則因爲處在曆史砍伐後(hòu)的長(cháng)期恢複期，同時(shí)也受林業管理的影響。

　　林木樹冠的增加除了人類因素，還(hái)受到了氣候變化的影響，特别是在高緯度和高海拔溫度受限地區、幹旱半幹旱降水受限地區。例如，山區林木樹冠的增加與區域性氣候變暖有關，而中西非地區森林面(miàn)積的增加與降水變化有關。但值得注意的是，氣候變化的主要原因來自人類溫室氣體的排放，所以，這(zhè)些區域的土地變化也間接受到了人類活動的影響。

　　同時(shí)，宋曉鵬也坦言，雖然林木覆蓋在全球呈現淨增加，但并不能(néng)簡單地理解這(zhè)是好(hǎo)消息。因爲，目前全球受農業擴張驅動的森林砍伐在熱帶地區依然占主導地位，這(zhè)也是造成(chéng)陸地生物多樣(yàng)性流失的主要原因之一。而且，因爲熱帶森林的生物量密度較高，占人類碳排放20%左右的全球土地利用碳排放主要來自于熱帶森林砍伐。

　　此外，全球裸地面(miàn)積減少，以亞洲農業區域的變化最爲明顯。這(zhè)些變化也呈現出區域尺度上的差異，比如中國(guó)、印度和巴基斯坦的農業區植被(bèi)覆蓋增加而裸地減少了，但包括澳大利亞、中國(guó)内蒙古和美國(guó)西南部的許多幹旱和半幹旱系統植被(bèi)覆蓋減少而裸地增加了。這(zhè)些同樣(yàng)離不開(kāi)人類的因素，即人類的農業活動引起(qǐ)了這(zhè)一系列的變化。

　　“從衛星數據中，我們可以看到，自上世紀80年代以來，亞洲農業管理水平逐漸提高，使得農田植被(bèi)覆蓋度顯著增加。這(zhè)一結果與作物單産的長(cháng)期增高相一緻。”宋曉鵬表示。

　　還(hái)需進(jìn)一步研究

　　跨度如此長(cháng)的時(shí)間對(duì)全球土地覆被(bèi)情況的研究，讓研究人員重新認識了陸地生物圈的變化。宋曉鵬認爲，研究顯示在過(guò)去的35年間，地球系統受人類活動的廣泛影響。土地利用活動遍布地球各大洲，包括農業擴張、農業集約化、森林砍伐、植樹造林、土地退化、自然資源開(kāi)發(fā)、城市化等。可以說，人類已成(chéng)爲地球系統的決定因子。