東北地理所完成10米空間分辨率中國濱海紅樹林冠層高度遙感反演
紅樹林冠層高度是估算紅樹林碳儲存的關(guān)鍵參數(shù)，對于理解紅樹林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程及制定相關(guān)保護(hù)與恢復(fù)等策略至關(guān)重要。然而，受濱海地區(qū)復(fù)雜潮汐環(huán)境背景影響，在大尺度上精準(zhǔn)反演紅樹林冠層高度一直是遙感領(lǐng)域的難題。先前的紅樹林冠層高度遙感研究成果基本為30米空間分辨率。2025年1月美國國家航空航天局科研人員Simard等基于2011-2013年間TanDEM-X衛(wèi)星高程測量數(shù)據(jù)，首次發(fā)布了空間分辨率12米、RMSE為2.4米的全球紅樹林樹高數(shù)據(jù)集。然而該數(shù)據(jù)集有兩方面缺陷，首先所用的數(shù)據(jù)源不能支撐周期性監(jiān)測，其次因為在全球紅樹林生長區(qū)的邊緣（例如中國福建和浙江）紅樹林較為矮小，該數(shù)據(jù)集2.4米的高度誤差很難滿足實際應(yīng)用需求。
為解決上述問題，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所賈明明副研究員團(tuán)隊聯(lián)合多家科研單位，通過融合高分辨率無人機(jī)激光雷達(dá)（UAV-LiDAR）、SDGSAT-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)及時間序列Sentinel-1/2影像，基于XGBoost回歸模型率先繪制了10米空間分辨率中國濱海紅樹林冠層高度數(shù)據(jù)集（CMCH），精度檢驗結(jié)果R2為0.84，RMSE為1.19米。與現(xiàn)有全球尺度產(chǎn)品（如Simard_2025、Lang_2023、Potapov_2021等）相比較，中國紅樹林冠層高度的反演精度提升了40%。
該研究提出了一套多源遙感數(shù)據(jù)協(xié)同的冠層高度反演框架，首先，基于全國7個區(qū)域的UAV-LiDAR點云數(shù)據(jù)，獲得了空間分布均勻的2022年紅樹林冠層高度樣點；然后，協(xié)同SDGSAT-1多光譜數(shù)據(jù)與時間序列Sentinel-1/2影像，基于XGBoost回歸模型以及冠層高度的樣點，完成了10米空間分辨率中國紅樹林冠層高度數(shù)據(jù)集（CMCH）。該框架成功突破了高分辨率遙感數(shù)據(jù)覆蓋范圍有限、多模態(tài)影像協(xié)同建模復(fù)雜等困難帶來的紅樹林冠層高度精細(xì)化反演的技術(shù)瓶頸，有效整合了多源遙感影像和機(jī)器學(xué)習(xí)模型，消除了潮汐動態(tài)影響，顯著提高了紅樹林冠層高度反演的分辨率和精度。
研究發(fā)現(xiàn)，SDGSAT-1紅邊波段（10米）的引入，解決了Sentinel-2紅邊波段分辨率不足（20米）的瓶頸，成為冠層高度反演的最敏感變量（SHAP貢獻(xiàn)值占比22%）；中國紅樹林平均高度僅為6.0米，顯著低于全球紅樹林的平均高度（12.7米），且平均高度隨緯度增加而遞減（圖1）；外來物種無瓣海桑（Sonneratia apetala）平均冠層高度8.8米，最高達(dá)18.7米，遠(yuǎn)超本土物種（如秋茄平均7.0米、白骨壤平均5.2米，圖2）。另外，CMCH首次揭示了國家級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)、外紅樹林冠層高度的差異，即保護(hù)區(qū)外部因分布有較多的無瓣海桑，平均高度較保護(hù)區(qū)內(nèi)的紅樹林高2.3米。
圖1中國紅樹林冠層高度空間分布圖及國家級紅樹林自然保護(hù)區(qū)內(nèi)紅樹林冠層高度圖；（a）海南東寨港；（b）廣西北侖河口；（c）廣西山口；（d）廣東高橋；（e）深圳福田和香港米浦；（f）福建漳江口。
圖2中國主要紅樹樹種冠層高度箱線圖
（KO：秋茄，AC: 桐花樹,AM: 白骨壤,BG: 木欖,RS: 紅海欖,CT: 角果木,SA: 無瓣海桑,LR: 欖李,ELR: 拉關(guān)木）
該研究發(fā)表在國際頂級期刊《Remote Sensing of Environment》，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所為第一完成單位，賈明明副研究員為第一作者，張蓉特別研究助理為通訊作者。研究獲國家重點研發(fā)計劃青年科學(xué)家項目（2023YFF1305600）、國家自然科學(xué)基金（42076161，42101392）及可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國際研究中心開放研究計劃項目（CBAS2022ORP06）支持。
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