中国科学技术大学地球和空间科学学院和火灾科学国家重点实验室双聘教授李锐研究团队在综合利用多源卫星可见光、红外和微波信号遥感森林火灾风险方面取得重要进展，在国际上创新性地使用了基于卫星被动微波植被指数和光学植被指数所表征的地表燃料动态变化，使用机器学习方法以此定量估算东亚地区火点数（Fire Count, FC）和火辐射功率（Fire Radiative Power, FRP）。相关研究成果以“Estimation of fire counts and fire radiative power using satellite optical and microwave vegetation index with Random Forest method”为题发表于大气科学国际知名期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》（JGR Atmospheres），并被JGR Atmospheres杂志编辑委员会遴选为AGU媒体平台的专题论文（遴选率低于AGU论文总数的2%）。
在全球气候变化与人类活动交织影响的背景下，森林火灾频发已成为威胁生态安全与人类社会的重大挑战。每年全球火灾燃烧区域约为3至5百万平方公里，向大气释放约80亿吨的二氧化碳（Chuvieco 等2019，RSE）。东亚地区多样的森林生态系统，为火灾提供了丰富的关键燃料储备，塑造了东亚多样化的火灾时空发展模式。由于该地区陆地生态系统巨大的覆盖面积和复杂性，其动态变化的地表燃料特征数据无法依赖实地观测获取，必须依靠卫星遥感反演，而基于不同波段的卫星观测手段和反演方法使得该数据存在巨大的不确定性。在另外一个层面，全球变暖导致的云量（太阳辐射）、温度等火灾影响因子会导致火灾风险定量估算随时间而改变。
现有研究大多基于卫星光学遥感手段探测地表植被燃料特性，因其具有较高空间分辨率。但是光学遥感依赖于植被反射的太阳光，只有在白天、无云天气条件下有效，并在浓密森林存在饱和问题。相比之下，微波遥感探测地表和植被自身释放的热辐射，不依赖于太阳光，在白天和夜晚皆可使用；并且微波对云和植被有良好的穿透性，不同微波波段可表征不同植被层燃料特性，在浓密森林中不易饱和，可在晴天和云天使用，具有较高的时间分辨率。但目前很少有研究联合卫星微波和光学遥感的强大地表燃料监测能力估算森林火灾性质。
该研究利用课题组自主研发的东亚陆面多波段微波植被指数EDVI，创新地提出基于多波段微波EDVI10-18和EDVI18-36所表征的森林垂直方向上层和下层燃料特性（例如含水量和可利用燃料量），并联合光学植被指数NDVI共同表征地表燃料动态变化，使用机器学习建模将其成功应用于东亚地区森林火灾风险估算。
该研究基于EDVI10-18、EDVI18-36、NDVI和相关火灾驱动因子数据发现：多年平均的微波和光学植被指数与FC、FRP、腐殖质层可燃物湿度指数（DMC）和初始蔓延指数（ISI）有较好的空间相关性，有效捕捉到了维持火灾燃烧的地表燃料动态变化，而且表征森林下层燃料空间变化的EDVI10-18与火灾有更好的一致性，表明地表火灾活动比冠层火灾更加频繁。同时，联合微波和光学植被指数的随机森林模型所估算的FC和FRP与相关卫星观测表现出很好的时间相关性，有效地捕捉到了东亚地区森林火灾的时间变化特征。此外，基于随机森林模型所得到的火灾动态驱动因子对FC 和FRP贡献的相对重要性排序是一致的，而且相较于NDVI，EDVIs表现出更高的重要性，表明其较高的时间分辨率使得EDVI能够捕捉林火精细时间尺度上的动态变化。该研究将随机森林模型与卫星微波和光学观测相结合，显著提升了火灾FC和FRP估算精度，在全球火险评估中具有巨大应用潜力。
该文第一作者为大气科学专业段嘉伟博士，通讯作者为李锐教授。研究受到国家自然科学基金重点项目、安徽省自然科学基金、国家重点研发计划、风云气象卫星专项创新中心、以及中国气象局-中国科学技术大学风云遥感联合实验室的资助。
关于《JGR Atmospheres》
《JGR Atmospheres》是大气科学领域的旗舰期刊，以公正、严谨和持续的影响力而享有盛誉，涵盖大气科学和相关交叉领域的国际权威期刊。它由美国地球物理联合会（AGU）出版，主要发表地球科学、大气科学、气候变化、空气污染和相关交叉学科领域的研究论文。李锐教授团队近年来在卫星遥感陆地火灾风险领域获得了一系列成果，在国际主流学术期刊发表相关论文数篇。
文章链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JD041680
该方法估计的东亚地区火点数、火辐射功率及其与卫星观测结果的比较
美国地球物理联合会（AGU）在其社交媒体上（https://x.com/theAGU）宣传该研究成果
撰稿：段嘉伟
审核：李锐