从太空监测生物多样性成为可能:为生态系统保护工作带来福音

2022年05月19日 17:14 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

为了保护受威胁的生态系统,恢复被破坏的生境和抵消全球生物多样性丧失的负面影响需要有国际可比的生物多样性数据。然而目前的生物多样性监测是劳动密集型的,成本非常高。此外,世界上许多地方都难以进入。

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通过卫星从太空监测生物多样性成为可能

苏黎世大学(UZH)地理系遥感实验室的Anna Schweiger和蒙特利尔大学的Etienne Laliberté表示,从北极苔原到热带森林的各种生态系统的植物生物多样性可以通过图像光谱法进行可靠的评估。“通过我们的研究,我们希望为未来从太空检测我们地球生态系统的物种组成变化做出贡献,”新研究的论文第一作者Anna Schweiger称,“我们的目标是为政策措施提供基于证据的指导,从而保护物种和减轻生物多样性损失的负面影响。”

成像光谱仪测量电磁波谱中从可见光到短波红外范围的光的反射率。植物的反射率由其化学、解剖学和形态学特征决定,这些特征则对植物之间以及跟环境的相互作用非常重要。Schweiger表示:“具有类似性状的植物以及密切相关的物种往往具有类似的反射光谱。”

利用反射光来评估单个植物和植物群落的特征

目前的研究是研究人员对光谱多样性指标工作的延续。他们的指数计算了群落内单个植物之间及一个区域内群落之间的光谱变化。其中,群落内的多样性被称为α-多样性,而群落间的多样性被称为β-多样性。

该研究的数据来自于美国国家生态观测站网络(NEON)。该网络使用标准化的方法来收集美国各地的生物多样性和地球观测数据,然后公开提供。据悉,从研究飞行中收集的NEON成像光谱仪数据的像素大小为1×1米。

光谱多样性的计算表明,对α-多样性的检测取决于植物的大小。在具有封闭树冠和大树个体的森林中计算的光谱多样性跟在地面上确定的植物多样性相比,在以小型草本植物和草为主的开放景观中计算的光谱多样性更为匹配。然而光谱β-多样性在20×20米的空间分辨率的基础上捕捉到了所有研究的生态系统中植物群落组成的差异。这个像素大小跟NEON的植被清单地块的大小相吻合。

近乎实时地监测全球的生物多样性

欧洲航天局(ESA)及其北美同行NASA目前都在开发基于卫星的图像光谱仪。这些打算约每16天对整个地球进行一次成像,像素大小约为30×30米。该研究的结果说明,这些数据应该可以在生态系统发生变化时进行检测。“我们的研究将有助于在可预见的未来通过卫星有效和可靠地确定植物群落组成的变化,”Anna Schweiger说道,“这将有助于开展有针对性的实地调查,从而评估生态系统变化的原因和后果,使利益相关者能在适当的时候做出反应。”根据Schweiger的说法,对生物多样性的全球监测--几乎是实时的--现在已经触手可及。

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