《Marine Environmental Research》:Remote Sensing Technologies for Monitoring Coral Reef Health Under Climate Change.
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珊瑚白化遥感监测技术评估与优化路径研究,基于PRISMA方法综述1995-2024年研究,发现卫星(Sentinel-2、Landsat、MODIS)在区域至流域尺度监测中表现优异,但MODIS热成像精度不足;无人机及高光谱技术可识别早期亚致死白化,但应用率不足15%,存在地理偏差(如东南亚、深水珊瑚礁覆盖不足)及标准化缺失问题,提出多传感器融合、机器学习算法优化及标准化验证流程等解决方案。
Ricky Anak Kemarau | Wee Hin Boo | Nurul Asyiqin Abu Bakar | Zulfaqar Sa’adi | Zaini Sakawi | Muhammad Ammar Fakhry Bin Norzin | Wan Shafrina Wan Mohd Jaafar | Stanley Anak Suab | Oliver Valentine Eboy | Noorashikin Md Noor
马来西亚国立大学气候变化研究所,43600 Bangi,Selangor,马来西亚
摘要
气候变化引发的珊瑚白化是对珊瑚礁最紧迫且最明显的威胁,而珊瑚礁支撑着生物多样性、海岸保护以及人类生计。然而,在空间、深度和时间上的监测仍然存在不均衡现象。本综述评估了基于卫星和无人机的遥感技术在白化检测方面的性能和局限性,并提出了实现可操作、适用于管理的监测方法的路径。通过综合1995年至2024年间经过同行评审的研究(采用PRISMA指导方法),我们比较了多光谱平台(Sentinel-2、Landsat、MODIS)与高光谱和无人机系统在光谱敏感性、空间分辨率、重访频率和验证实践方面的差异。Sentinel-2和Landsat能够进行流域至区域尺度的评估,而MODIS提供了必要的热信息,但栖息地细节较为有限。高光谱和无人机技术可以检测到早期和亚致死性的白化信号,但使用频率较低,仅出现在不到15%的研究中。持续的地理偏见——尤其是对东南亚、中光层珊瑚礁和高纬度系统的忽视——限制了全球范围内的理解,而标准化的不足也影响了研究之间的可比性。通过融合热数据和光学数据,并结合水柱校正和机器学习,可以显著提高热暴露与底栖生物变化之间的关联度,但这需要协调一致的协议和可靠的地面验证。未来的进展将依赖于无人机和高光谱技术的针对性部署、标准化的验证流程,以及能够将近实时的热警报与精细底栖诊断结果连接起来的开放、互操作的监测系统。
章节摘录
珊瑚礁与气候变化简介
珊瑚礁是地球上最多样化和最有价值的生态系统之一,尽管仅占海洋底部面积的不到1%,却支持着超过25%的海洋物种(Hoegh-Guldberg等人,2017年)。它们提供了重要的生态服务,包括海岸保护、为数百万人提供食物和收入保障,以及不可替代的生物多样性支持(Galligan & McClanahan,2024年;Lyons等人,2024年)。珊瑚礁的全球重要性还体现在它们对渔业的贡献上。
方法论
本文献综述遵循了2020年系统评价和元分析的优先报告项目(PRISMA)指南,以确保在识别和综合研究时的严谨性、透明度和可重复性(Moher等人,2009年;Page等人,2021年)。
结果
珊瑚礁越来越容易受到气候变化的影响,尤其是由于海表温度升高导致的白化现象。遥感技术已成为检测白化事件和支持保护工作的关键工具。我们的综述综合了1995年至2024年间进行的114项经过同行评审的研究,分析了地理趋势、技术应用和主题上的空白(表3;图1)。太平洋地区是全球研究最多的区域(n =
讨论
讨论部分回顾了遥感技术在珊瑚礁研究中的历史发展、传感器和平台的发展、方法论方法、面临的挑战和局限性,以及遥感技术在评估气候变化下的珊瑚白化方面的未来应用,包括政策影响及其对这些珊瑚礁研究的更广泛全球影响。
结论
遥感技术已成为珊瑚礁科学研究中的变革性工具,为监测白化现象、检测环境压力因素以及指导本地和全球范围内的保护措施提供了无与伦比的能力。通过整合卫星图像、基于无人机的调查和先进的传感器系统,研究人员现在能够以更高的时间和空间精度检测到珊瑚礁的细微变化。这使得实时、生态系统尺度的监测成为可能。
CRediT作者贡献声明
Nurul Asyiqin Abu Bakar: 数据可视化、资源管理。Wee Hin Boo: 形式分析、数据整理。Ricky Anak Kemarau: 文稿撰写与编辑、初稿撰写、方法论设计、研究调查、概念构思。Wan Shafrina Wan Mohd Jaafar: 方法论设计、研究调查、资金筹集、形式分析。Muhammad Ammar Fakhry Bin Norzin: 数据可视化、验证、数据整理。Zaini Sakawi: 验证工作、项目监督、研究指导。Zulfaqar Sa’adi: 项目监督。
未引用的参考文献
Anthony等人,2015年;Bruggeman等人,2012年;Carlson等人,2022年;Chabanet等人,2005年;De Falco等人,2020年;Dehm等人,2024年;Delevaux等人,2019年;Doorga等人,2023年;Donner和Carilli,2019年;Ferreira等人,2013年;González-Alcaide等人,2012年;Hussain和Ingole,2020年;Kumar等人,2022年;Langlais等人,2017年;Liberati等人,2009年;Linares-Espinós等人,2018年;Mason等人,2023年;McClanahan等人,2009年;Nobi和Dinesh Kumar,2014年;NOAA珊瑚礁监测项目,2025年;Nu?ez和Amano,
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。