森林是一种自然资源,能为人类生存和发展提供多种丰富的物产,同时是构成生态环境的主要组成部分。而热带地区的森林,特别是热带雨林作为陆地上物种最丰富和结构最复杂的森林生态系统,在全球碳循环维持、生物多样性保护以及气候调节等方面发挥着重要的作用。近几十年来,人类活动及全球气候的变化导致热带雨林遭到了不同程度的破坏[1]。据估计,在20世纪90年代,每年因热带雨林采伐导致12亿吨碳排放,大约占全球温室气体排放的15%~25%[2],成为温室气体排放的主要来源和影响未来气候稳定的主要因素之一。如何快速准确地获取热带地区森林的面积及分布是热带森林保护和相关政策制定的前提。但热带地区不仅范围较广,地形也复杂多样,有的区域目前人类还无法涉足,因此,在区域或更大尺度上探寻一种技术上可行,经济上可能的森林动态统计方法对热带地区森林保护具有重要意义。
传统的人工实地调查方法存在工作量大、成本高、周期长等问题,遥感具有大尺度、快速和低成本等优势,已成为森林资源调查和监测的重要技术手段。近年来随着现代遥感技术的不断发展,林业调查可使用的遥感数据也越来越丰富,如Landsat[3,4]、MODIS（moderate resolution imaging spectroradiometer）[5]、中巴地球资源卫星[6]、QuickBird[7]等遥感数据。在众多遥感数据中,MODIS以其时效性高、覆盖面积大、图像易于获取等优势在森林动态监测研究方面应用较广泛[8,9,10,11,12],但由于其空间分辨率较低,对于一些发生在亚像元尺度内的森林变化不能准确监测。相较于MODIS数据,Landsat数据因其长时间跨度和较高的空间分辨率在森林动态变化监测中具有非常大的优势[3, 8, 13]。在热带和亚热带地区,云覆盖的比例高达50%[14],多云雨天气下获取的光学遥感数据影像质量较差,大大限制了光学遥感影像在热带地区森林监测的应用,联合不受光照和气候条件等限制的雷达影像可有效弥补光学影像的局限性[15]。但雷达成像易受大气和土壤湿度影响,噪声点相对较多,成像精度目前总体不及光学遥感影像,如何利用二者的优势开展森林监测逐渐发展成为一种趋势。研究表明,多源卫星遥感数据融合是增强有效信息的重要手段,融合后的多源长时序遥感大数据可以有效提高植被的提取精度,实现森林大尺度的动态监测[16,17,18,19,20]。
海南岛作为我国两大热带林区之一,森林资源丰富,覆盖率高,海南岛的热带雨林堪称中国热带雨林“皇冠上的宝石”。关于海南岛森林的变化有众多学者开展过研究,如林媚珍等[21]结合实地调查数据和遥感信息研究了海南岛19世纪50年代到19世纪末海南岛森林的经历变化情况,研究结果表明海南岛森林经历了从1950—1987年的递减到1987—1998年恢复2个时期;黄金城[22]以不同时期林业调查数据为基础,分析了1987—2003年海南全省林地面积变化,研究结果表明自1987年开始,森林呈稳步增长趋势,2003年森林覆盖率接近50%;王树东等[23]用遥感解译数据分析表明海南岛天然林在1988—1998年间明显增长,1998—2008年明显减少,人工林向东北、西北和北部方向扩张。这些关于海南岛森林的研究为海南岛森林可持续经营提供了重要的数据支撑,但海南岛森林变化存在较大的时间和空间差异性,尤其是21世纪以来,海南岛的橡胶人工林和经济都经历了飞速发展。天然橡胶价格在2003年左右开始快速攀升,导致全球橡胶种植面积的迅速增长,海南岛作为我国第二大植胶区自然也不例外[24]。此外,近20年海南岛的经济呈高速增长态势,2017年地区生产总值为2005年的5倍左右[25]。因此,橡胶人工林和经济的快速发展是否对区域森林的分布和结构产生重大影响也是大家迫切关心的问题。基于此,本研究通过多源遥感数据对21世纪以来社会经济活动最密集影响背景下的海南岛森林动态进行监测,明确森林消长变化区域以及面积,从而为海南岛森林的可持续发展和全国生态文明试验区建设服务。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
海南省地处中国南海西北部,是我国唯一完全位于热带的省份,陆地呈雪梨状椭圆形（图1）,地处北纬18°10′~20°10′,东经108°37′~111°03′。全省属于海洋性热带季风气候,全年温暖湿润,年平均气温22~27℃,年光照为1750~2650 h,降雨量在1000~2600 mm之间,每年5—10月为雨季,占全年总降水量的70%~90%。
海南岛地形四周低平,中间高耸,以最高山脉五指山（海拔1867.1 m）、鹦歌岭（海拔1811.6 m）为隆起核心,向外围逐级下降,由山地、丘陵、台地和平原组成环形层状地貌。自然植被主要分布在中部山区,包括热带季雨林、热带雨林、常绿阔叶林、针叶林、灌丛和草原等;人工经济林主要分布在山地四周的台地地区,包括木麻黄、桉树、橡胶树、果树等;农作物主要分布在平原,包括水稻、甘蔗、番薯和蔬菜等。
1.2 森林遥感提取方法
参考当前主流的遥感森林监测成果[26],同时结合本研究所使用的影像数据源,采用POTAPOV等[27]所使用的森林定义,即郁闭度>20%,高度> 5 m的植被作为本研究的森林提取标准。森林提取源于前期研究建立的统一分类算法,总体思路是先利用L波段的相控阵合成孔径雷达（PALSAR,2007—2010年）和PALSAR-2（2015年至今,目前共享自2018年）来提取森林,然后利用时间序列Landsat和Senitnel-2光学影像对雷达分类结果进行修正,去除误分为森林的城市建筑和高生物量农作物等[28,29]。L波段雷达能够穿透森林冠层,对森林结构信息敏感,因此对森林有较高的识别精度。雷达成像属于物理过程,城市建筑因角反射等在PALSAR/PALSAR-2雷达影像中表现出与森林非常相似的后向散射特征,易被误分为森林[28]。但是,森林与建筑在光学遥感影像如Landsat中有较大差异：森林的NDVI（Normalized Differential Vegetation Index）值在生长季很高,而城市建筑的NDVI常年相对稳定且数值较低,通过年度NDVI最大值合成影像可以进一步区分。此外,当PALSAR/PALSAR-2雷达的获取时间处于作物高生物量时期时,高生物量的热带作物如香蕉和甘蔗与森林有相似的后向散射特征,也极易被误分为森林。这些作物收获时植被指数会显著下降,甚至出现表土裸露,可通过作物收获频率指数FHarvest来区分[29],FHarvest先采用公式（1）计算：
${{P}_{ij}}=\left\{ \begin{matrix} 1 \\ 0 \\ \end{matrix} \right.~\begin{matrix} LSWI<0.1\And NDVI<0.5 \\ Other \\ \end{matrix}$
式中,Pij为影像第i行和第j列像元的二元值,每个像元对应指标的频率值通过公式（2）和所有有效影像来计算：
${{F}_{ij}}=\frac{\mathop{\sum }^{}{{N}_{{{P}_{ij}}=1}}}{\mathop{\sum }^{}{{N}_{{{P}_{ij}}=0,1}}}\times 100$
式中,Fij是影像第i行和第j列像元的频率值,NPij=1是满足LSWI<0.1且NDVI<0.5的有效影像数量,NPij=0,1是总的有效观测影像数量。
研究使用的Landsat和Sentinel-2大气表观反射率影像已全部存于谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）并完成必要的几何校正、辐射校正等预处理。Landsat影像的云和阴影通过自带质量控制波段进行掩膜,Sentinel-2通过谷歌提供的云概率图层进行掩码,然后计算NDVI、LSWI和作物收获频率指数,详细方法可参考CHEN等[29]的方法。通过上述算法提取了海南岛2016—2018年3期森林分布图,整合前期研究获得2007—2010年和2015年的森林分布图,一共是8期30 m空间分辨率的年度森林分布图。利用野外调研和从谷歌地球高清影像目视解译的感兴趣区（region of interest, ROI）样本进行精度评估表明,总体分类精度均大于95%,满足时空动态分析的需要。
1.3 森林分布及动态分析方法
将矢量边界数据上传至GEE平台,作为数据资产,然后结合森林分布图在不同空间尺度（省级、市县和不同海拔坡度）分析森林空间分布及动态变化情况,具体方法如下：
（1）基于海南岛行政边界矢量图,利用GEE自带函数对2007—2018年的森林分布图进行裁剪,调用GEE的空间聚类函数ReducerRegion分别统计全省尺度的森林面积,绘制专题图并分析面积变化情况;
（2）利用海南省市（县）行政边界矢量图,分别裁剪各个市（县）2007—2018年的森林分布图,同样调用GEE的空间聚类函数ReducerRegion分别统计不同年份各个市（县）的森林面积,分析海南岛不同市（县）森林分布现状及变化特征。
（3）地形数据来自于日本宙航局提供的ALOS World 3D-30m（AW3D30）全球数字表面模型（DSM）数据集。根据海南岛的海拔分布情况将海拔分为0~50、50~100、100~200、200~300、300~600、600~1200、≥1200 m共7个等级。对于每个海拔等级,形成掩膜图层对森林进行掩膜,然后结合海南省级边界统计每年的森林面积,分析不同海拔地区的森林变化情况,在Origin 2018中绘制海拔森林柱状图分析森林在海拔上的变化趋势。
（4）利用GEE的地形分析函数从AW3D30中生成坡度栅格数据。根据《水土保持综合治理规划通则GB/T 15772—1995》的坡度分级体系,将海南岛划分为6个坡度等级,分别为：0~5°（微坡）、5~8°（较缓坡）、8~15°（缓坡）、15~25°（较陡坡）、25~35°（陡坡）和>35°（急陡坡）。对坡度间隔区内森林进行掩膜并统计面积,绘制专题图。
（5）在GEE中对2007—2018年的8期森林分布图进行代数运算,得到森林变化分布图。将8期森林分布图（1为森林,0为非森林）进行累加,得到2007—2018年的森林分布频次图,在2007—2018年所有年份间均为森林（即森林出现频次为8）的像元定义为恒定森林,2007年为森林而2018年为非森林的区域定义为森林损失,2007年为非森林而2018年为森林定义为森林增加。面积统计在GEE中实现,专题图的绘制在ArcGIS中完成。
2 结果与分析
2.1 海南岛森林现状及变化情况
图2A~图2H为2007—2018年海南岛的森林空间分布图,可以看出森林分布具有较好的时空一致性。中部内陆地区森林分布较为集中,四周的台地地区森林较为分散,沿海地区尤其是西部地区森林较稀少。2007—2010年、2015—2018年森林面积分别为1.94×104、1.97×104、2.08×104、2.05×104、2.10×104、2.11×104、2.16×104、2.15×104 km2,森林净增长2119 km2,森林总覆盖率从2007年的56.43%上升到2018年的62.59%。森林的增长在空间上具有一定的聚集性,集中在海南岛西北部、北部和东北中部地区。其中西北部、北部地区在2007—2015年增长较明显,2015—2018年增长有所放缓;东北中部森林逐年缓慢增加,减少区域则不是很明显。
图2I为全省森林总面积动态趋势拟合图,从图中可以看出,森林总体增长趋势明显,而2007— 2018年提取的8期森林分布图中恒定不变的森林集中分布在海南岛中部山区,面积为1.45× 104 km2,占2007年森林总面积的74.82%,变化区域主要集中在沿海及周边台地地区。
2.2 市县尺度森林现状及变化情况
从森林总面积看,2018年琼中县的森林面积最大,面积为2388 km2,其次是儋州市、白沙县、乐东县和澄迈县,面积分别为1945、1868、1534、1318 km2（表1）。面积最小的5个市（县）分别是东方市、昌江县、定安县、临高县和陵水县,森林面积分别为880、870、834、746、563 km2。从森林变化情况看,2007—2018年海南岛18个市（县）中有15个市（县）的森林面积在增长,增长排在前5的市（县）分别是儋州市、临高县、定安县、澄迈县和琼海市,森林面积分别增长了515、336、258、254、232 km2,这5个市（县）的增长总面积占15个增长市（县）森林总增长面积的68.78%。儋州市的森林总面积排名从2007年的第4位升至2018年的第2位,临高县的森林面积从2007年到2018年虽然只上升了一位,但面积增长了82.05%,是所有市（县）中增长面积最大的市（县）。屯昌县、五指山市、乐东县、陵水县、海口市和保亭县森林面积增长较小,分别是57、42、33、25、22、7 km2,这几个市（县）的增长总面积仅占增长市（县）总增长面积的8.05%。东方市、三亚市和琼中县森林面积有所减少,减少面积分别为13、76、113 km2,减少面积与2007年相比仅分别减少了1.46%（东方市）、6.66%（三亚市）和4.52%（琼中县）。
表1 海南岛各市（县）2007—2018年森林面积消长情况Tab. 1 Changes in forest area of each city / county in Hainan Island from 2007 to 2018 |
| 市/县 Cities/Counties | 森林面积 Forest area/km2 | 消长面积 Decreasing and decreasing area/km2 | 覆盖率 Coverage rate/% | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2007 | 2018 | ||
| 儋州市 | 1430 | 1440 | 1626 | 1609 | 1831 | 1809 | 1943 | 1945 | 515 | 42.12 | 57.30 |
| 临高县 | 410 | 477 | 578 | 569 | 653 | 681 | 738 | 746 | 336 | 30.51 | 55.54 |
| 定安县 | 576 | 582 | 657 | 644 | 799 | 830 | 835 | 834 | 258 | 48.18 | 69.73 |
| 澄迈县 | 1064 | 1089 | 1248 | 1254 | 1279 | 1305 | 1341 | 1318 | 254 | 51.24 | 63.49 |
| 琼海市 | 957 | 1027 | 1068 | 1049 | 1174 | 1182 | 1182 | 1190 | 232 | 55.99 | 69.58 |
| 文昌市 | 848 | 870 | 916 | 947 | 694 | 865 | 976 | 1013 | 165 | 34.49 | 41.20 |
| 昌江县 | 728 | 715 | 760 | 742 | 809 | 775 | 824 | 870 | 142 | 44.90 | 53.69 |
| 白沙县 | 1748 | 1747 | 1825 | 1770 | 1879 | 1855 | 1871 | 1868 | 121 | 82.60 | 88.32 |
| 万宁市 | 1157 | 1172 | 1200 | 1200 | 1247 | 1247 | 1264 | 1267 | 109 | 60.92 | 66.66 |
| 屯昌县 | 895 | 899 | 946 | 941 | 962 | 943 | 968 | 952 | 57 | 73.10 | 77.77 |
| 五指山市 | 999 | 1004 | 1022 | 1018 | 1050 | 1039 | 1041 | 1041 | 42 | 88.38 | 92.09 |
| 乐东县 | 1501 | 1529 | 1601 | 1556 | 1630 | 1580 | 1593 | 1534 | 33 | 54.27 | 55.46 |
| 陵水县 | 538 | 554 | 571 | 575 | 582 | 575 | 583 | 563 | 25 | 48.54 | 50.82 |
| 海口市 | 1049 | 1032 | 1104 | 1075 | 994 | 1080 | 1079 | 1072 | 22 | 45.94 | 46.92 |
| 保亭县 | 971 | 991 | 1012 | 1009 | 1009 | 994 | 995 | 978 | 7 | 83.27 | 83.86 |
| 东方市 | 892 | 866 | 913 | 870 | 903 | 857 | 882 | 880 | -13 | 39.26 | 38.71 |
| 三亚市 | 1141 | 1158 | 1194 | 1179 | 1108 | 1102 | 1107 | 1064 | -76 | 59.46 | 55.49 |
| 琼中县 | 2501 | 2500 | 2535 | 2511 | 2437 | 2385 | 2412 | 2388 | -113 | 92.49 | 88.31 |
| 全省 | 19 406 | 19 653 | 20 778 | 20 519 | 21 039 | 21 104 | 21 634 | 21 525 | 2119 | 56.43 | 62.59 |
从森林覆盖率变化来看（表1）,位于海南岛中部的琼中县、白沙县、保亭县、五指山市和屯昌县的森林覆盖率均较高,2018年森林覆盖率分别是88.31%、88.32%、83.86%、92.09%、77.77%, 与2007年相比变化幅度较小。儋州市、临高县、定安县、澄迈县和琼海市的森林覆盖率在统计年份里分别上升了15.18%、25.03%、21.55%、12.25%和13.59%,其余森林面积有增长的市（县）其森林覆盖率增长均低于10%以下。森林面积有所减少的东方市、三亚市和琼中县其森林覆盖率分别下降了0.55%、3.97%和4.18%。
2.3 不同立地环境森林分布现状及变化情况
目前海南岛的森林主要分布在海拔小于600 m的区域,2018年在海拔600 m以下的森林面积占总面积的88.16%,其中有55.76%的森林面积分布在200 m以下区域。从森林的海拔分布变化来看,2007—2018年海拔在50 m以下和50~100 m区域的森林增长最明显（图3A）,共增长了1754 km2,占总增长面积的83.14%;100~ 200 m区域的森林增长了205 km2,占总增长面积的9.73%;海拔大于200 m区域的森林增长面积占总增长面积的7.12%,仅为150 km2。从不同海拔区间的森林覆盖率来看,0~50 m和50~100 m区间森林覆盖率增长最大,分别上升了9.14%和11.39%;当海拔大于200 m以后,森林覆盖率均保持在80%以上,近年来变化较小（表2）。
图3 2007—2018年不同地形条件下的海南岛森林面积A：不同海拔;B：不同坡度。 Fig. 3 Forests area of Hainan Island under different terrain conditions from 2007 to 2018 A; Different altitude; B: Different slope. |
表2 2007、2018年不同地形条件下的海南岛森林覆盖率Tab. 2 Forest coverage of Hainan Island under different terrain conditions in 2007 and 2018 |
| 指标 Index | 森林覆盖率 Forest cover rate/% | ||
|---|---|---|---|
| 2007 | 2018 | ||
| 海拔区间/m | ≤50 | 21.80 | 30.94 |
| 50~100 | 49.68 | 61.07 | |
| 100~200 | 66.17 | 69.16 | |
| 200~300 | 84.71 | 84.02 | |
| 300~600 | 92.70 | 94.29 | |
| 600~1200 | 95.05 | 98.98 | |
| ≥1200 | 95.44 | 98.73 | |
| 坡度区间/° | 0~5 | 28.98 | 38.58 |
| 5~8 | 59.97 | 66.33 | |
| 8~15 | 80.66 | 81.08 | |
| 15~25 | 91.15 | 92.21 | |
| 25~35 | 93.95 | 96.87 | |
| ≥35 | 91.64 | 96.94 | |
从森林的坡度分布来看（图3B）,森林主要分布在25°以下区域。2018年在25°以下区域的森林面积占总森林面积的85.82%,其中64.10%分布在坡度15°以下区域。从森林变化来看,2007— 2018年在5°以下的森林区域增长最明显,增长面积为1654 km2,占总增长面积的78.32%;5~8°区域的森林增长面积为277 km2,占总增长面积的13.11%;坡度大于8°的区域森林增长面积为181 km2,占总增长面积的8.57%。0~5°区域的森林覆盖率从28.98%上升至38.58%,增长了9.60%,5~8°区域的森林覆盖率从59.97%上升至66.33%,增长了6.36%。当坡度大于8°以后,森林覆盖率一直保持在80%以上且变化较小（表2）。
3 讨论
热带森林具有非常重要的生态和经济价值,但面临人类破坏和全球气候变化的严重威胁,开展大面积及时准确监测具有重大意义[30,31,32]。由于受热区常年多云雨天气的影响,近年来越来越多的研究联合光学与雷达等多源遥感数据来开展热林地区森林监测研究[16, 18, 20, 33-35],多源遥感数据不仅能有效弥补单一传感器在数据获取等方面的不足,提取的森林分布图的精度也更高[35]。本研究联合PALSAR/PALSAR-2雷达和Landsat/Sentinel-2系列光学影像获得的8期30 m分辨率的海南岛年度森林分布图,在省级、市（县）和不同坡度、海拔地区均表现出非常高的时空一致性（图2）,展示了联合PALSAR系列雷达和多源光学影像监测热带地区森林的巨大潜力。DONG等[34]联合50 m空间分辨率的PALSAR和250~500 m的MODIS影像提取了海南岛2007年的森林和橡胶林分布图,相比之下,本研究的分类数据源空间分辨率更高,能进一步克服混合像元的问题,提供详细的森林空间分布信息。CHEN等[33]之前也结合PALSAR/PALSAR-2雷达和Landsat系列光学影像提取了海南岛2007—2015年的森林分布图,本研究在此基础上增加了时间序列更丰富的Sentinel-2多光谱影像,对香蕉、甘蔗等高生物量作物的识别精度更高,以此剔除非森林类别的高生物量作物,进一步优化了雷达森林分类结果。遗憾的是PALSAR只有2007—2010年数据（2006年发射,2011年失效）,而PALSAR-2数据（2014年发射）也仅开放2015—2018年[36]。为了保持算法和结果的一致性,没有提取2011—2014年缺失PALSAR数据的森林分布图。今后的研究也将开展利用其他数据进行数据间缺失的替补,以此弥补数据的缺失和不足。
近十多年来海南岛森林总面积增长明显,本文结合多源遥感数据获取的2018年森林面积为2.15×104 km2,与2019年统计年鉴的2.14×104 km2非常接近[24],但本研究可以提供丰富的空间分布信息。森林增长主要集中在100 m以下区域,与CHEN等[33]监测2007—2015年海南岛森林变化的监测结果一致,但本研究新增了市（县）尺度和不同的坡度森林变化分析,而且时间尺度也更长。统计年份里海南岛低海拔和坡度较缓的沿海市（县）森林覆盖较小,森林转换速率较快（图2）,而海拔较高、坡度较陡的中部地区市（县）森林覆盖率较高、成片面积较大（表1）,这与周亚东等[37]基于森林二类调查数据的海南岛森林景观格局的分析研究结果一致。于界芬[38]结合森林资源清查数据和森林生态连清技术体系数据表明,海南省第八次清查（2009—2013年）森林面积达到最大面积,本研究数据也表明2009—2015年增长速度较快。但是基于清查数据的森林动态变化分析时间跨度较大,无法获得年际森林变化信息,本研究时间跨度较小,可提供年际森林动态变化信息。
近十多年来海南岛森林增长主要集中在东北部、北部及东北中部地区,引起该地区森林变化的主要原因是橡胶林的快速增长。2002年以后天然橡胶价格一路攀升,在全球范围内激发了橡胶种植面积的不断增加,作为我国第二大植胶区的海南岛自然也不例外[39]。海南岛东部沿海是传统的风害重灾区[40],因此橡胶林的增长主要集中在风灾影响较小的西部和北部地区。结合课题组前期橡胶研究数据（近30年海南岛橡胶林时空变化分析研究）,分析海南森林消长与橡胶林消长之间的关系。以西北部森林面积增长最大的儋州市为例,对比森林增长较为集中区域（图4Ⅰ）的Landsat影像和对应年份森林分布图发现,在2007—2010年该区域只有少量森林（图4Ⅰ：2007—2010年森林）,但到了2015年森林几乎全部覆盖整个区域,且增长一直持续到2018年（图4Ⅰ：2015—2018年森林）。从森林与橡胶林分布图变化来看,2007年和2018年橡胶林分布图与对应年份的森林分布变化一致,表明该区域增长的森林主要是橡胶林（图4Ⅰ：2007—2018年橡胶）。在市（县）尺度,森林明显增长市（县）橡胶林面积同样增长显著,森林面积增长排前5的市（县）与橡胶林面积增长排前5的市（县）一致,与森林面积数据对比显示这5个市（县）的橡胶林面积增长占所有橡胶林增长市（县）的74.54%,占森林总增长面积的63.40%。从增长的地理位置来看,森林增长集中分布在低海拔的平缓区域,这与橡胶林近十年来增长集中在海拔低于200 m和坡度小于15°以下区域也是非常吻合。
图4 海南岛森林变化典型区域分析图中用于参考解释数据的橡胶分布图来自课题组前期研究（近30年海南岛橡胶时空变化分析研究）。Ⅰ：儋州市橡胶林增加及对应区域森林、橡胶分布图和影像;Ⅱ：三亚市热带果园发展及对应区域森林、橡胶分布图和Google地球高清影像;III：琼中县水库建设前、中、后的影像。 Fig. 4 Analysis of typical areas of forest change in Hainan Island The rubber distribution map used for reference and interpretation data in the figure comes from the previous research of the research group (Analysis and research on the temporal and spatial change of rubber in Hainan Island in recent 30 years). Ⅰ: Increase of rubber forest in Danzhou City and corresponding regional forest and rubber distribution maps and images; Ⅱ: Development of tropical orchard in Sanya City and corresponding regional forests, rubber distribution maps and Google Earth HD images; III: Construction of Qiongzhong County Reservoir and its early, mid and late images. |
2007—2018年海南岛仅有东方市、三亚市和琼中县（表1）的森林面积略有下降。除中部的琼中县外,三亚市和东方市的光热资源都非常丰富,以三亚森林损失较明显区域为例（图4Ⅱ）,森林分布图（图4Ⅱ：2007—2018年森林）表明,2007、2010年该区域森林变化较小,到2015年森林减少较明显,2018年也未恢复,这与该区域的橡胶林变化一致（图4Ⅱ：2007—2018年橡胶）,说明橡胶林的损失是该区域森林损失的主要原因。自2013年以来,由于橡胶价格持续低迷,导致橡胶林逐渐转换为经济效益更好但郁闭度较低的热带果园,从而导致了森林的损失,2018年谷歌地球高清影像显示该地区现为果园,由于郁闭度较低,未能识别为森林,从而形成了明显的森林损失区域。据三亚统计年鉴数据表明[41],三亚果园面积从2007年的133.7 km2增长到2018年的255.02 km2,有学者研究也表明三亚热带水果发展迅速[42,43]。而森林面积变化较小的原因是换种的树种经过多年生后（如芒果树）,在郁闭度和树高都达到本算法森林提取标准时也会识别为森林,弥补了由橡胶林等人工林损失的森林面积。对于中部地区的琼中县,森林覆盖率较高,但在2010— 2018年森林面积下降了超过100 km2（表1）。对比森林变化图发现损失区域位于琼中县东北部,森林损失主要是水库建设导致的（图4Ⅲ）。Landsat假彩色影像表明2007年水库在修建前该地区有大量的森林（图4Ⅲ：2007年影像）,2013年水库正在修建中（图4Ⅲ：2013年影像）,到了2015年水库已建成并蓄水,蓄水后水位上升导致不少森林被淹没（图4Ⅲ：2015年影像）。此外,在海口市周边和文昌市东北沿海等地区有不少森林损失的斑块,其原因是旅游业开发和城市化的建设[29]。
4 结论
联合多源遥感数据快速准确地监测热带地区森林变化信息,能为热带森林保护及政策的制定提供重要的数据支持。本研究联合Landsat/Sentinel-2光学和PALSAR/PALSAR-2雷达多源遥感数据在GEE平台上监测了海南岛2007—2018年森林的时空变化特征,展示了联合多源遥感影像监测热带地区森林的巨大潜力。研究表明2007—2018年海南岛森林增长模式良好,森林净增长面积2119 km2,总覆盖率上升了6.01%。18个市（县）中有15个市（县）的森林面积呈增长趋势,主要集中在儋州市、临高县、定安县、澄迈县和琼海市,这5个市（县）的森林增长面积占总增长面积的68.78%,森林面积减少的东方市、三亚市和琼中县,分别减少了13、76、113 km2。森林增长主要集中在海拔较低、坡度较缓的沿海及周边的台地地区,其中海拔在100 m以下区域的增长面积占总增长面积的83.14%;坡度小于5°区域的增长面积占总增长面积的78.32%。在海拔较高,坡度较陡地区的森林覆盖率较高,面积几乎没有发生变化。东北部、北部沿海和东北中部地区森林快速增长的主要原因是橡胶林的快速增长;南部、西南部和东北部沿海地区损失的森林主要是树种换种、旅游开发和城市化建设所致,而中部地区的琼中县森林损失是由于水库修建导致的森林面积减少。