紅樹林生態(tài)系統(tǒng)是全球生產(chǎn)力最高、生物多樣性最豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一。作為海陸交界的生態(tài)過渡帶，紅樹林提供了多種生態(tài)系統(tǒng)服務如防風消浪、促淤造陸、控制污染、調(diào)節(jié)氣候等；同時，紅樹林獨特的根系為各種魚類、鳥類和其他海洋生物提供良好的棲息地和覓食場所。紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的保護、管理和恢復關(guān)乎人類福祉。紅樹林與多項可持續(xù)發(fā)展目標（Sustainable Development Goals，SDGs）密切相關(guān)。精準的空間分布信息是評估全球紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況以及實施相應的保護策略的關(guān)鍵。

目前已有10余套全球尺度紅樹林遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品。然而，受限于遙感影像的空間分辨率（如Landsat系列）等，早期的紅樹林數(shù)據(jù)產(chǎn)品難以精確刻畫紅樹林斑塊特征如形狀、邊界等，同時缺乏合理的空間細節(jié)。一些全球紅樹林遙感產(chǎn)品應用了部分區(qū)域的10米分辨率的衛(wèi)星影像，但由于未考慮到潮汐的周期性淹沒或采用傳統(tǒng)的基于像素的分類方法，造成嚴重的漏分或“椒鹽”噪音。

中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所副研究員賈明明、研究員王宗明，聯(lián)合武漢大學、美國羅德島大學、美國俄克拉荷馬大學，利用遙感大數(shù)據(jù)和Google Earth Engine（GEE）云平臺，集成影像最大值合成算法（MSIC）以及面向?qū)ο髾C器學習算法（OBRF），提出了一種高效、高精度、高魯棒性的紅樹林提取方法體系，構(gòu)建了全球首套高空間分辨率（10米）的全球紅樹林分布數(shù)據(jù)集并命名為HGMF_2020。該方法體系的基本思路：利用現(xiàn)有的紅樹林數(shù)據(jù)集，確定全球紅樹林具體的分布范圍；應用影像最大值合成算法在GEE平臺上合成全年最低潮影像；結(jié)合面向?qū)ο蠓指詈碗S機森林算法，提取2020年全球紅樹林。以海南東寨港為例，基于OBRF算法進行紅樹林提取的流程如圖1所示。

與之前發(fā)布的全球紅樹林數(shù)據(jù)相比，HGMF_2020具有三方面優(yōu)勢：空間分辨率更高，被精細刻畫的紅樹林斑塊包含具有地理學意義的屬性信息；紅樹林斑塊空間形態(tài)完整、邊界清晰，可直接用于后續(xù)的研究和分析；漏分誤差較低，包含更多零散分布的小面積紅樹林，總體制圖精度達到95%以上。

研究顯示，2020年全球紅樹林總面積為145,068km²，面積范圍和空間分布如圖2所示。其中，亞洲地區(qū)紅樹林資源最為豐富，約占全球總面積的39.2%；印度尼西亞紅樹林資源在所有國家中最為豐富，總面積約28,631km²，其次是巴西（12，149km²）和澳大利亞（10,530km²）。進一步分析發(fā)現(xiàn)，全球共有紅樹林斑塊336,972個，其中95%以上斑塊的面積小于1km²。可見，全球紅樹林生境較為破碎。

進一步，研究分析了全球紅樹林的保護情況。結(jié)果顯示，全球44%的紅樹林位于保護地內(nèi)部，這一數(shù)值略高于全球紅樹林聯(lián)盟發(fā)布的結(jié)果（42%），其中南美地區(qū)受保護的紅樹林面積最大，南亞地區(qū)受保護的紅樹林比例最高。已有研究表明，海陸方向?qū)挾却笥?00m的紅樹林具有顯著的防風消浪能力，寬度大于1,500m的紅樹林可將1 m高的海浪消減至0.05m。賈明明等通過分析紅樹林林帶寬度，定量描述了紅樹林抵御自然災害的重要作用。結(jié)果顯示，全球幾乎所有的紅樹林都具有明確的防風消浪作用。

HGMF_2020提供了最新的、目前分辨率最高的全球紅樹林的空間分布以及斑塊結(jié)構(gòu)信息，可用于海岸帶保護與管理工作，并可以服務于聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs）的評估。HGMF_2020數(shù)據(jù)集可在GEE平臺上直接查看，并隨文發(fā)布了數(shù)據(jù)下載地址。

相關(guān)研究成果以Research Article形式，發(fā)表在《科學通報》（Science Bulletin）上。研究工作得到可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國際研究中心開放研究計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（A類）和中國科學院青年創(chuàng)新促進會人才項目等的支持。論文發(fā)表后，得到了國際國內(nèi)相關(guān)領域?qū)W者的關(guān)注。中國科學院院士、可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國際研究中心主任、中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院研究員郭華東，國際紅樹林遙感專家Dan Friess在《科學通報》上分別撰寫了亮點述評。

論文鏈接

圖1.基于面向?qū)ο蠓椒ê蚐entinel-2影像的全球紅樹林制圖流程

圖2.2020年全球紅樹林的面積范圍和空間分布

圖3.全球紅樹林保護的空間信息