近日，中國科大地球和空間科學學院、火災(zāi)科學國家重點實驗室雙聘教授李銳課題組與加拿大皇家科學院Yves Bergeron院士和魁北克大學Osvaldo Valeria教授合作，結(jié)合衛(wèi)星被動微波遙感和傳統(tǒng)的氣象火險指數(shù)來研究林火的發(fā)生和燃燒強度，結(jié)果顯著提高了區(qū)域尺度林火頻次和燃燒強度的估算精度，研究成果以“Assessing forest fire properties in Northeastern Asia and Southern China with satellite microwave Emissivity Difference Vegetation Index (EDVI)”為題，發(fā)表在國際著名期刊《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》上。第一作者為李銳教授，通信作者為我校地空學院符玉云博士（現(xiàn)同時為魁北克大學博士生），中國科大為論文的第一單位，該研究得到國家重點研發(fā)計劃課題、國家自然科學基金重點項目和面上項目、國家自然科學基金-貝爾蒙托論壇國際合作項目、國家留學基金委公派留學項目的資助。

森林火災(zāi)對陸地生態(tài)系統(tǒng)、地球氣候和人體健康產(chǎn)生重要影響，能夠造成嚴重的經(jīng)濟財產(chǎn)損失和人員傷亡。有效評估森林火災(zāi)的發(fā)生發(fā)展對林火管理和災(zāi)害防治至關(guān)重要，這在全球氣候持續(xù)變暖、極端大火頻發(fā)的背景下更為迫切。當前，區(qū)域尺度的火險評估通常基于衛(wèi)星可見光/紅外觀測和氣象數(shù)據(jù)進行，難以充分考慮植被含水量的影響，且衛(wèi)星光學和紅外遙感對云和植被冠層的穿透能力較弱，受到天氣條件的顯著影響，既無法進行全天候觀測，也難以獲取深層植被的含水量信息，在林火應(yīng)用中受到很大的限制。相比之下，微波不依賴太陽光照，對云和植被的穿透能力更強，能夠?qū)崿F(xiàn)對地表的全天候觀測，在獲取植被垂直結(jié)構(gòu)、含水量信息方面具有明顯優(yōu)勢。為此，作者基于前期開發(fā)的衛(wèi)星微波植被含水指數(shù)EDVI產(chǎn)品（Remote Sens. Environ., 2013, 133, 183-192; Remote Sensing, 2021, 13(19), 3980），首次系統(tǒng)地探究了EDVI與林火頻次FC和燃燒強度FRP在東北亞和中國南方地區(qū)的時相變化關(guān)系，并結(jié)合氣象火險指數(shù)構(gòu)建了多元對數(shù)線性模型來估算區(qū)域尺度的FC和FRP。

圖1 EDVI、FC和FRP的空間分布。

研究發(fā)現(xiàn)林火FC和FRP與微波指數(shù)EDVI具有很強的負相關(guān)性（圖1）。FC和FRP日際變化與EDVI的相關(guān)系數(shù)通常在-0.1到-0.6之間，月際變化的相關(guān)系數(shù)在-0.55和-0.8之間，在季節(jié)循環(huán)和年際變化上，F(xiàn)C和FRP與EDVI也呈明顯相反的變化特征。這表明EDVI的高值對應(yīng)植被含水量高，則火災(zāi)不容易發(fā)生、即使發(fā)生火災(zāi)，其燃燒強度也比較低。研究發(fā)現(xiàn)，氣象條件（有火險氣象指數(shù)表征）也與FC和FRP存在強相關(guān)，表明森林火災(zāi)同時收到植被含水量和氣象條件的雙重控制。

與氣象火險指數(shù)相比，EDVI與中國南方地區(qū)林火FC和FRP的相關(guān)系數(shù)更強，而氣象火險指數(shù)與東北亞地區(qū)林火FC和FRP的相關(guān)系數(shù)更強于EDVI，植被含水量和氣象條件在驅(qū)動林火發(fā)生和燃燒強度中的相對重要性可能是造成上述區(qū)域差異的主要原因。進一步地分析發(fā)現(xiàn)，EDVI和氣象火險指數(shù)對林火頻次和燃燒強度具有很強的協(xié)同影響（圖2）。據(jù)此，該研究發(fā)現(xiàn)綜合利用EDVI和火險氣象指數(shù)，可以更好的定量描述森林火災(zāi)的區(qū)域尺度FC和FRP（圖3），在南方林區(qū)，這種改進可達~60%。

該研究為森林火災(zāi)監(jiān)測預(yù)測提供了一種新的思路和方法，為森林管理、火險預(yù)警和防控、及潛在的環(huán)境影響評估提供有力支持。

圖2 華南地區(qū)植被含水狀況（由EDVI表征）和氣象條件（由氣象火險因子FFMC、ISI、和FWI表征）對日觀測FC和FRP的協(xié)同影響。

圖3 東北亞和華南地區(qū)衛(wèi)星實際觀測FC和FRP (FC_obs/FRP_obs)與本研究模型估計值（FC_cal/FRP_cal）的對比。

期刊《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》影響因子為8.98，在自然地理學領(lǐng)域長期排名全球同類期刊第一，在地球科學綜合、遙感、成像科學與照相技術(shù)領(lǐng)域也一直是全球同類期刊中最頂尖的學術(shù)期刊之一。近年來，李銳教授課題組在衛(wèi)星遙感植被含水量及其應(yīng)用領(lǐng)域獲得系列成果，多項成果發(fā)表在National Science Review、Remote Sensing of Environment、ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing等學術(shù)雜志上。有力地促進了對氣候系統(tǒng)碳、水循環(huán)及火災(zāi)擾動等問題的認知和理解。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924271621002872