大数据助力生态系统监测

气候和土地利用方式的变化会对陆地生态系统的生物多样性产生不可逆的影响，目前这些威胁对生态系统造成的后果仅有一部分被人们所理解。欧洲的卫星系统为我们提供了丰富的新数据，可用来研究全球发生的根本性变化和极端气候事件。仅仅依靠单个研究人员，这些海量数据的评估工作是不能完成的。在过去的四年里，来自欧洲七个国家的科学家们通力合作，研究如何高效地评估卫星数据并将其应用于环境策略及监测中来。

原文：WUR；编译：王珣

▲图片来源 | WUR 

气候变化伴随着极端气象事件的加剧，同时土地利用的迅速改变使我们面临着新的全球性挑战。任何自然保护和景观保护策略都需要扎实的数据基础。近五年，新一代的欧洲卫星观测系统—— 即所谓的“哨兵（Sentinels）”系列——使得我们有能力监测地球生态系统。为及早检测到生态系统的变化，必须对大量传入的卫星数据进行高效的评估。这是一项富有挑战性的任务，仅仅依靠单个的研究人员是无法完成。只有当环境科学家、计算机科学家和遥感专家进行协作，该任务才能取得进展。目前该协作模式在欧盟生物圈大气变化指数项目（BACI, Biosphere Atmosphere Change Index）中已有实施。

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植被覆盖了地球30%的土地，但目前正在以每分钟10个足球场的面积迅速消失。森林采伐的典型情况包括为了农业种植、农场、牧场或城市用地的扩张而对林地用地进行的改变。每年全世界都有330万公顷的森林消失——和希腊的面积差不多大。最集中的森林采伐出现在热带地区，尽管近些年采伐的速度有所减慢，但依然维持在一个较高的水平。

高科技手段应用于生态系统监测丨来源：WUR

瓦赫宁根大学与研究中心（WUR）变化侦察和监测团队的研究者们发现使用多个感测器组合会比单个感测器观测到更高时间和空间分辨率的森林采伐情况。

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瓦大地理信息科学与遥感实验室的马丁·埃洛尔德教授（Prof. Martin Herold）解释说：“为理解复杂数据中的异常现象而迅速发展起来的传感技术和数据科学，已成为环境研究的关键环节。”瓦大是BACI项目的主要合作伙伴之一。

由欧盟委员会“地平线2020”（European Commission Horizon 2020）研究及创新计划资助的联合项目能够提供几个引以为豪的成功案例。该项目成功地将雷达和光学数据结合起来，有助于确定森林生态系统中的生物多样性及土地利用模式。通过机器学习方法将卫星数据和二氧化碳在生态系统和大气之间交换的测量值结合起来，这使得将地球二氧化碳每日吸收量的可视化第一次成为可能。“这些突破绝大部分只能通过使用人工智能这类非传统手段来实现，”埃洛尔德说到，“这让我们能够研究生物圈和土地利用系统之间的联系。”

▲图片展示了地球植被通过光合作用在半小时内吸收CO2的情况。图像右半部分的阴影表示依赖光源的光合作用在夜间会进入停止状态。（图像由Sujan Koirola制作，数据由BACI科学团队的Paul Bodesheim提供，图像许可：CC by 4.0）

生态系统基础数据的采集丨来源：WUR

遥感技术和数据科学的应用已不仅仅局限在气候和环境变化研究，而是逐渐渗入到土地利用监测及环境决策领域。基于遥感取得的数据在时间和空间维度上都具有较高的灵活性，在全球和地区的环境研究当中都可以进行广泛的应用，这对于环境治理策略来说富有指导性意义。相信随着环境技术、遥感技术和非传统计算机科学的不断提升，遥感和大数据将进一步助推具有根本性改变的决策和措施。