欧洲温带森林近实时干旱胁迫评估：遥感时序与连续原位树木测量的协同验证

针对中欧温带森林日益频发的干旱胁迫监测需求，研究者创新性整合7年Sentinel-2遥感数据（NDWI/NDVI/CIRE/CCI/EVI）与102棵欧洲水青冈(Fagus sylvatica)和挪威云杉(Picea abies)的树干水分亏缺(TWD)连续监测数据。研究发现月尺度上植被指数与TWD线性相关性显著（R2最高达0.62），证实EVI和NDWI分别对针阔叶树种干旱趋势具有指示潜力，为区域尺度森林健康监测提供了可操作方案。

　　

随着全球气候变化加剧，中欧地区频繁出现创纪录的高温和低降水事件，导致温带森林大面积树木水分胁迫和死亡。森林作为碳汇、生物多样性保护和经济资源的重要载体，其健康状况直接影响生态系统服务功能。传统植被指数如归一化差异植被指数(NDVI)和归一化水分指数(NDWI)虽被广泛用于森林监测，但缺乏与树木生理状态的直接验证。更棘手的是，现有研究多基于非连续地面观测或农业单一栽培体系，难以反映天然森林的复杂响应。这种知识缺口使得依赖遥感数据的"近实时"森林干旱评估系统面临重大挑战。

瑞士联邦森林、雪与景观研究所(WSL)领衔的研究团队开展了一项开创性工作，通过整合高精度地理定位的树干微变化监测网络(TreeNet)与经过严格校正的Sentinel-2卫星时序数据，首次系统评估了温带森林主要树种的水分胁迫与冠层光谱特征的关联规律。这项发表在《Ecological Indicators》的研究，为建立基于遥感的大尺度森林健康预警系统提供了关键科学依据。

研究采用三项核心技术方法：1) 瑞士全境13个站点102棵样树(41棵欧洲水青冈，61棵挪威云杉)的树干日变化连续监测数据；2) 经FORCE软件处理、包含地形/大气/BRDF校正的Sentinel-2 5日间隔时序数据；3) 径向基卷积滤波(RBF)插值构建的连续植被指数序列。通过MinMax标准化和负向转换(-TWD)处理，采用月尺度聚合分析比较五种植被指数与水分亏缺的线性关系。

【研究结果】
3.1 欧洲水青冈的-TWD与植被指数时序比较
定性分析显示所有植被指数均呈现与-TWD相似的季节模式，但NDWI在6-8月表现出独特的水分响应特性。数字影像证实植被指数对芽萌发存在24-39天观测滞后。定量分析揭示月聚合显著提升相关性，CCI在年尺度(R²=0.47)和夏季尺度(R²=0.53)表现最佳，而NDWI在夏季标准化后相关性最高(R²=0.58)。

3.2 挪威云杉的-TWD与植被指数时序比较
EVI展现出最强的年尺度相关性(OLS R²=0.62)，但高海拔样本(>1000m)相关性显著降低。值得注意的是，NDWI在该树种中几乎无指示作用，可能与等水调节策略和针叶结构特性有关。

【讨论与结论】
研究构建了"冠层特征-TWD"关系的概念模型，阐明植被指数在生长季初期主要反映物候变化，而在水分胁迫期则受不可逆的叶片衰老主导。这种生理滞后效应使得遥感难以捕捉短期水分恢复事件，但能有效识别导致早期落叶的严重干旱。操作层面，建议采用30天滚动平均的月尺度评估方案，其中挪威云杉适用EVI、欧洲水青冈适用NDWI或CCI。该成果为气候智慧型森林管理提供了重要工具，使单树尺度的生理观测能够外推至景观尺度。未来研究需进一步验证该框架在不同海拔梯度、土壤条件和混交林分的适用性，并探索高光谱指标(如光化学反射指数PRI)的潜在优势。