基于遥感技术的复杂地形区域树皮甲虫侵扰易感性评估与驱动因素解析

本研究针对欧洲阿尔卑斯山区树皮甲虫(Ips typographus)大规模爆发的生态威胁，创新性整合Sentinel-2 NDWI指数、GEDI激光雷达间隙概率及地形指数等多源遥感数据，构建了30米空间分辨率的区域尺度易感性预测模型。研究揭示了冠层水分胁迫(NDWI<0.3)与地形径流指数(>0.55)的协同作用机制，发现距历史侵扰点500米内区域风险提升3倍，为山地防护林精准管理提供了科学依据。

　　

欧洲阿尔卑斯山的云杉林正面临前所未有的生态危机——随着气候变暖加剧，树皮甲虫(Ips typographus)的爆发频率和强度持续攀升，仅2021-2023年间就造成数万公顷森林衰亡。这种体长仅5毫米的小甲虫为何能摧毁高耸入云的挪威云杉(Picea abies)？传统观点认为风暴倒木是其主要繁殖温床，但最新研究发现，持续干旱引发的树木生理胁迫正成为更危险的推手。更棘手的是，阿尔卑斯山区地形复杂，常规监测手段难以实现大范围风险评估，导致防控措施往往滞后。

意大利博尔扎诺自由大学(Faculty of Agricultural, Environmental and Food Sciences, Free University of Bozen-Bolzano)的Anna Candotti团队在《Forestry: An International Journal of Forest Research》发表的研究，开创性地将卫星遥感与地形分析相结合，破解了这一难题。研究人员利用Sentinel-2数据计算春季NDWI（归一化水分指数）反映冠层水分状态，通过2.5米分辨率激光雷达DTM（数字地形模型）提取地形径流指数，结合GEDI空间激光雷达的冠层间隙概率，构建了首套适用于复杂山地的30米网格风险评估体系。

关键技术包括：1）基于10米高程落差计算地形径流指数tanα_d=d/L_d；2）利用Sentinel-2 B08(842nm)和B11(1610nm)波段构建NDWI=(ρ₈₆₀-ρ₁₂₄₀)/(ρ₈₆₀+ρ₁₂₄₀)；3）整合坡度<40°的GEDI L2B间隙概率数据；4）采用逻辑回归模型分析2021-2023年南蒂罗尔自治省13,940个虫害斑块数据。

【环境特征驱动机制】

研究发现凸坡地形（径流指数>0.72）的侵扰概率是凹坡地形的1.7倍，这与加速径流导致的土壤干旱直接相关。更关键的是，春季NDWI<0.3的区域（反映水分胁迫或冠层稀疏）风险骤增，在2022年干旱期尤为显著。模型显示，距上年虫害点100米内的区域风险提升300%，而500米外风险显著降低。

【森林类型差异】

海拔1000-1600米的钙质土蒙塔纳云杉林（类型3）最脆弱，其虫害概率是亚高山云杉林（类型4）的3.2倍。东向坡地的风险比西向坡地高16%，这与晨间露水蒸发导致的周期性干旱相关。

【跨年动态规律】

2022-2023年模型AUC值稳定在0.65-0.71，但驱动因子权重变化显著：干旱年份（2022）地形和树高主导，正常年份（2023）则转为历史虫害距离和冠层状态主导。分区模型验证显示，西部数据集训练的模型可准确预测东部风险，证实方法的区域普适性。

这项研究的意义远超学术范畴——南蒂罗尔58%的森林具有防护功能，传统调查方法每年需耗费数百万欧元。新方法使风险评估效率提升20倍，精度达823平方米（平均虫害斑块大小）。研究揭示的"干旱-地形-冠层"三重胁迫机制，为气候变化下的森林适应性管理提供了新范式：在凸坡东向的蒙塔纳云杉林优先部署抗蒸腾剂，距虫害点500米内设置信息素诱捕器等精准措施，可降低70%的爆发风险。该技术框架已纳入阿尔卑斯山跨境生态安全监测网络，为应对全球变暖下的森林健康危机树立了标杆。