隨著地球人口越來(lái)越多，人口所需糧食也需要更多的土地來(lái)耕種。為了獲取更多的耕地，人類(lèi)伐林?jǐn)U耕，霸占了不少林地的面積，一度讓地球上的樹(shù)木深受重創(chuàng)。當(dāng)人類(lèi)意識(shí)到樹(shù)木對(duì)于地球的重要性后，退耕還林、保護(hù)森林的政策頻出。那么，在人類(lèi)行為的頻繁干擾下，全球林地面積與耕地面積有何變化？其他土地覆被情況又是如何呢？
美國(guó)馬里蘭大學(xué)的研究人員就利用30多年的衛(wèi)星數(shù)據(jù)繪制成了全球土地覆蓋的變化圖，并從中發(fā)現(xiàn)地球的森林植被覆蓋正在增加，裸地覆蓋正在減少——這主要是因人類(lèi)活動(dòng)造成，包括氣候變化在內(nèi)的自然因素占次要地位。這篇論文于8月8日發(fā)表在《自然》在線。
人類(lèi)改變自然的能力到底有多強(qiáng)
馬里蘭大學(xué)的研究其實(shí)是將人類(lèi)行為對(duì)地球的影響進(jìn)行量化，量化的標(biāo)準(zhǔn)就是土地覆被變化情況。土地覆被變化是指地表的植被覆蓋物，如森林、草原、耕作植被和冰雪等非植被覆蓋物的面積變化和類(lèi)型間的相互轉(zhuǎn)換。
只是一直以來(lái)，困擾科學(xué)家的是對(duì)全球土地覆被情況了解不足。因?yàn)檫@項(xiàng)工作需要從地方和全球尺度上長(zhǎng)期考慮，特別是將田地、草地和其他非森林植被土地納入考慮范圍之內(nèi)，而已有的研究主要集中于2000年以后森林覆蓋變化。
若要全面了解地球系統(tǒng)變化和土地覆被情況，位于地球上方、不停“監(jiān)視”地球的衛(wèi)星是個(gè)不錯(cuò)的選擇。論文作者之一、馬里蘭大學(xué)地理科學(xué)系博士后、研究員宋曉鵬就與同事們一起從衛(wèi)星數(shù)據(jù)入手開(kāi)始這項(xiàng)研究。“我們使用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)從1982年開(kāi)始，因?yàn)樵摂?shù)據(jù)是目前覆蓋全球的時(shí)間序列最長(zhǎng)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。”宋曉鵬告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
使用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)跨度自1982年開(kāi)始到2016年，為了更全面地研究，數(shù)據(jù)也來(lái)自多顆衛(wèi)星。其中，先進(jìn)甚高分辨率輻射儀（AVHRR）數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)大氣海洋局的NOAA衛(wèi)星，中分辨率成像光譜儀（MODIS）數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)宇航局的Terra衛(wèi)星，增強(qiáng)主題測(cè)繪儀（ETM+）數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)宇航局和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局聯(lián)合管理的Landsat衛(wèi)星。此外，研究數(shù)據(jù)中還有谷歌地球中的多種高分辨率商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。
這些數(shù)據(jù)總量是龐大的，因?yàn)?/span>NOAA衛(wèi)星數(shù)據(jù)是以“天”為單位獲取的，而且記錄的元素較多，比如云。為了去掉云的影響，宋曉鵬等人將原始數(shù)據(jù)做了逐月數(shù)據(jù)合成，并進(jìn)一步把逐月合成的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換，生成了標(biāo)準(zhǔn)化逐年數(shù)據(jù)集。然后，研究人員使用高分辨率土地覆蓋產(chǎn)品做訓(xùn)練樣本，訓(xùn)練了一組“回歸樹(shù)”模型，并把訓(xùn)練好的回歸樹(shù)模型應(yīng)用在逐年標(biāo)準(zhǔn)化衛(wèi)星數(shù)據(jù)上，研制了逐年土地覆蓋產(chǎn)品。
最終，宋曉鵬等人發(fā)現(xiàn)，在35年間，全球的林木樹(shù)冠覆蓋增加了7%或224萬(wàn)平方公里，裸地覆蓋減少了116萬(wàn)平方公里。他們采用了概率抽樣法進(jìn)行分析，最終確定觀察到的60%的土地變化都與人類(lèi)直接活動(dòng)有關(guān)，而40%是由氣候變化等間接驅(qū)動(dòng)因素造成的。
森林面積增加未必是好事
從數(shù)據(jù)上看，全球林木樹(shù)冠面積增加是因?yàn)閬啽睒O、亞熱帶和溫帶的林木出現(xiàn)凈增長(zhǎng)。凈增長(zhǎng)的主要原因是當(dāng)?shù)厝祟?lèi)的土地利用活動(dòng)。當(dāng)然，不同地區(qū)的原因也有差異。比如在東歐，林木樹(shù)冠增加主要是蘇聯(lián)解體后農(nóng)業(yè)棄耕造成的森林面積增加；而在中國(guó)，主要是退耕還林及造林項(xiàng)目等的結(jié)果；美國(guó)東部的森林則因?yàn)樘幵跉v史砍伐后的長(zhǎng)期恢復(fù)期，同時(shí)也受林業(yè)管理的影響。
林木樹(shù)冠的增加除了人類(lèi)因素，還受到了氣候變化的影響，特別是在高緯度和高海拔溫度受限地區(qū)、干旱半干旱降水受限地區(qū)。例如，山區(qū)林木樹(shù)冠的增加與區(qū)域性氣候變暖有關(guān)，而中西非地區(qū)森林面積的增加與降水變化有關(guān)。但值得注意的是，氣候變化的主要原因來(lái)自人類(lèi)溫室氣體的排放，所以，這些區(qū)域的土地變化也間接受到了人類(lèi)活動(dòng)的影響。
同時(shí)，宋曉鵬也坦言，雖然林木覆蓋在全球呈現(xiàn)凈增加，但并不能簡(jiǎn)單地理解這是好消息。因?yàn)?，目前全球受農(nóng)業(yè)擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)的森林砍伐在熱帶地區(qū)依然占主導(dǎo)地位，這也是造成陸地生物多樣性流失的主要原因之一。而且，因?yàn)闊釒值纳锪棵芏容^高，占人類(lèi)碳排放20%左右的全球土地利用碳排放主要來(lái)自于熱帶森林砍伐。
此外，全球裸地面積減少，以亞洲農(nóng)業(yè)區(qū)域的變化最為明顯。這些變化也呈現(xiàn)出區(qū)域尺度上的差異，比如中國(guó)、印度和巴基斯坦的農(nóng)業(yè)區(qū)植被覆蓋增加而裸地減少了，但包括澳大利亞、中國(guó)內(nèi)蒙古和美國(guó)西南部的許多干旱和半干旱系統(tǒng)植被覆蓋減少而裸地增加了。這些同樣離不開(kāi)人類(lèi)的因素，即人類(lèi)的農(nóng)業(yè)活動(dòng)引起了這一系列的變化。
“從衛(wèi)星數(shù)據(jù)中，我們可以看到，自上世紀(jì)80年代以來(lái)，亞洲農(nóng)業(yè)管理水平逐漸提高，使得農(nóng)田植被覆蓋度顯著增加。這一結(jié)果與作物單產(chǎn)的長(zhǎng)期增高相一致?！彼螘赠i表示。
還需進(jìn)一步研究
跨度如此長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)全球土地覆被情況的研究，讓研究人員重新認(rèn)識(shí)了陸地生物圈的變化。宋曉鵬認(rèn)為，研究顯示在過(guò)去的35年間，地球系統(tǒng)受人類(lèi)活動(dòng)的廣泛影響。土地利用活動(dòng)遍布地球各大洲，包括農(nóng)業(yè)擴(kuò)張、農(nóng)業(yè)集約化、森林砍伐、植樹(shù)造林、土地退化、自然資源開(kāi)發(fā)、城市化等?？梢哉f(shuō)，人類(lèi)已成為地球系統(tǒng)的決定因子。
接下來(lái)，研究人員還將繼續(xù)尋找其他變化的答案。因?yàn)楝F(xiàn)有文獻(xiàn)顯示，全球山區(qū)樹(shù)線的移動(dòng)主要是由氣候變暖造成，但是林木覆蓋增加的具體原因有待進(jìn)一步研究。不僅如此，干旱半干旱系統(tǒng)植被的減少與氣候變化和過(guò)度放牧有關(guān)，但在不同地區(qū)的具體原因及各因素的比重也還有待進(jìn)一步研究。
“目前，我正在使用美國(guó)宇航局的陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)和歐空局的哨兵衛(wèi)星數(shù)據(jù)繪制更高分辨率的全球土地覆蓋產(chǎn)品。”宋曉鵬說(shuō)，“未來(lái)我還會(huì)繼續(xù)深入研究全球土地變化?！?/span>
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