2022年一年,欧洲记录在案的野火就超过8,000起,过火面积超过83.7万公顷。气候变化导致气温上升和干旱期延长,预计会增加野火发生的频率和严重程度。冠层燃料,如冠层基部高度和冠层容积密度,是决定火势蔓延速度和强度的关键因素。而此前关于这些冠层燃料的数据集,欠缺空间尺度和分辨率,使有效的野火管理策略收到限制。这种知识上的空白迫切需要详细的泛欧冠层燃料地图,以改进野火预测和缓解措施。
在2024年12月20日发表于《地理空间信息科学》的一项研究中,由加泰罗尼亚森林科学与技术中心和帕多瓦大学科学家领导的国际研究团队,介绍了一种在欧洲范围内绘制冠层燃料图的开创性方法。这项研究利用卫星数据、机器学习和全息模型,生成冠层基部高度和冠层容积密度的高分辨率地图,并通过来自四个国家的地面数据进行验证。这些地图全面展示了森林可燃物的分布情况,就精确的火灾行为模拟和风险评估而言非常重要。
研究团队将多光谱影像数据与全球生态系统动态调查 卫星激光雷达数据相结合,研发出一种基于人工智能的方法来估算地上生物量和冠层高度。他们利用物种特异性的同量学模型,推导出冠层基部高度和冠层容积密度的数值,并将这些数值与804个地基图和基于激光雷达绘制的冠层燃料图进行验证。研究结果表明,准确性很高,冠层基部高度和冠层容积密度地图的相关系数分别为0.445和0.330。
值得注意的是,这个方法在密集冠层(覆盖度>80%)中显示出更高的精度,突显其在森林地区的可靠性。研究还解决了山区和高纬度地区数据精度较低的问题。这种新颖的方法是火灾风险评估的重大进步,为欧洲野火管理提供了统一的数据集。
“这些地图对森林火灾管理而言是重大的变革性举措,”联合国米兰理工大学的弗朗西斯科·皮罗蒂博士(本研究的首席作者)说。“通过提供全欧洲森林冠层燃料的详细数据,我们可更好地预测火灾行为,并制定更有效的灭火策略,尤其是在气候变化导致火灾风险增加的情况下。”
新创建的冠层燃料图对野火风险评估和管理有立竿见影的应用价值。消防部门可利用这些地图来模拟火势蔓延和强度,从而提高火灾模拟软件(如FARSITE和FlamMap)火势行为模型的准确性。此外,这些数据还能指导燃料管理实践,包括有计划的燃烧和植被疏伐,以降低火灾隐患。
这种创新方法为未来的研究树立新基准,推动卫星数据和人工智能在环境监测中的整合应用。野火持续威胁着欧洲各地生态系统和社区,这些地图是增强抗灾韧性、保护脆弱地区的重要工具。