【案例分享】遥感技术应用于加勒比地区生态保护

加勒比地区是世界上生物多样性最丰富的海洋地区之一。珊瑚礁、红树林和海草床支持着大量的海洋生物，如濒临灭绝的海龟、海牛和鲨鱼。由于气候变化、过度捕捞、栖息地破坏和污染的威胁不断升级，保护加勒比海洋生物和大自然提供的生态系统服务的紧迫性至关重要。

健康的海洋生态系统对于渔业、旅游业和沿海保护至关重要，为该地区数百万人提供生计。加强海洋保护区、实施可持续捕捞和减少污染是保护物种和确保加勒比海洋环境长期复原力的关键步骤。

“大自然保护协会（TNC）加勒比分部在17个国家和地区开展工作，其中许多是小岛屿发展中国家，他们创建自己的科学数据和模型的资源非常有限”大自然保护协会加勒比分部的首席科学家 Steve Schill 博士说。“我们的团队致力于提供准确的数据和决策支持工具，以协助政府在影响最大的地区优先考虑保护生物多样性。”

在牙买加东部的红树林沼泽上拍摄的无人机照片。这些红树林提供了重要的海岸保护、渔业生产和碳封存效益。

以数据为导向的自然保护方法

为了支持这些工作，Schill 的团队采用了一套地理空间工具，集成了卫星图像、基于无人机的调查、AI 驱动的栖息地分类和测深建模，以创建非常详细的保护地图。

他们选择使用 ENVI 图像分析软件：

• 基于面向对象对象的图像分类：区分珊瑚礁、海草草甸、红树林和其他关键栖息地。
• 使用植被指数进行光谱分析：识别生态趋势并跟踪环境变化，例如珊瑚白化和红树林死亡。
• 激光雷达处理：将高分辨率激光雷达数据拼接在一起并分析地形以增强生态系统评估。
• 多频段雷达分析：划定湿地森林并确定关键的红树林恢复区。

根据加勒比海盆地的测深和基质数据得出的深海海底栖息地分类。这些栖息地可能拥有独特的生物多样性，并被用于扩大整个深海的海洋保护。

“ENVI是我们工具包中最强大的工具之一。它使我们能够进行光谱分离、特征空间可视化和目标检测，从而确保我们的栖息地地图既准确又可靠。它还拥有出色的激光雷达工具，用于分析点云和创建地形模型，以及 AI 驱动的分类工具，可简化整个过程。” 

- Steve Schill 博士，TNC加勒比分部首席科学家

 

这些数据驱动的地图为大规模保护策略提供了重要信息：

• 确定“无目标”的恢复地点：红树林、海草和珊瑚礁可以恢复的地方，以减少风暴潮的影响并保护沿海社区。
• 扩大海洋保护区：作为全球 30x30 倡议的一部分，旨在到 2030年保护全球30%的海洋。
• 支持生态旅游和可持续渔业：确保石斑鱼、皇后海螺和加勒比多刺龙虾等有价值的经济物种能够从过度捕捞中恢复过来。
• 跟踪气候变化影响– 监测珊瑚白化事件、海草流失和红树林砍伐，这些都是海洋健康的关键指标。

多米尼加共和国洛斯海蒂斯国家公园的一片红树林。这些红树林为鸟类和鱼类提供了重要的栖息地，并有助于捕获沉积物，从而改善水质。

海岸线之外：测深的作用

在加勒比海清澈的海水中，阳光可以从深达 30 米的海底反射，为绘制浅水沿海生态系统的地图提供有价值的信息。该团队使用卫星测深方法，通过分析整个水柱的光吸收和反射模式来模拟水下地形。大自然保护协会的科学家使用基于传感器的实地调查来验证这些深度模型，确保海洋空间规划等活动的准确性。

 测深对保护的重要性：

• 确定水下生物多样性热点：寻找支持稀有海洋生物的海山、山脊和深海峡谷。
• 指导海洋保护区的扩张：确保将关键栖息地纳入保护区。
• 预测沿海弹性：帮助科学家了解珊瑚礁和海草床在哪些地方充当天然风暴屏障。

一位海洋科学家在美属维尔京群岛圣克罗伊岛调查麋鹿角珊瑚，这是加勒比地区重要的造礁珊瑚。这些珊瑚生长在浅礁区域，对于波浪衰减、海岸保护非常重要，并为许多其他珊瑚礁物种创造了栖息地和庇护所。

 

深海栖息地分类：大自然保护协会如何绘制看不见的地图

虽然大自然保护协会的大部分工作都集中在浅海生态系统上，但 Schill 的团队也在探索绘制深海生物多样性图谱的方法。“对于更深的水域，我们依靠全球测深和基质数据集，使用GIS模型和AI驱动的地理空间分析来预测可能拥有独特生物多样性的区域。这些区域包括深海海山、山脊、峡谷和其他独特的地貌带。

许多国家都有兴趣在其专属经济区内建立深海海洋保护区，但缺乏这些区域的数据限制了设计和实施。大自然保护协会的产品正在帮助填补数据空白并促进 海洋保护区在这些领域的扩展。

“全球地图绘制产品在岛屿层面的适用性通常受到限制，”Schill 解释说。“我们所做的是收集新的高分辨率卫星和无人机数据，进行实地调查，并创建对决策者更准确和有用的本地化地图。”

用于栖息地制图的主要数据源：

卫星图像（Sentinel-2、PlanetScope 等）：捕捉区域和国家规模的环境变化。

无人机图像：提供红树林、海草和珊瑚礁的高分辨率局部比例制图和监控。

人工智能驱动的分类：区分陆地和底栖覆盖类型，在与现场数据集成时检测细微的栖息地状况和变化。

雷达和激光雷达：用于湿地和红树林的划定、森林分析和地形建模。

实地调查：通过实地测量和生态评估验证遥感数据。

使用深度学习算法，可以从高分辨率无人机图像中自动检测珊瑚群落，并为珊瑚礁管理者提供强大的监控工具。

本地合作伙伴关系的力量

大自然保护协会的核心使命之一是给当地社区和保护组织提供帮助。Schill 的团队不是孤立地进行研究，而是与政府机构、非政府组织和土著团体密切合作，以确保他们的数据可访问和可作。该团队在加勒比地区开展了 GIS 和无人机培训课程，以帮助加强合作伙伴的能力。

主要合作项目：

• 巴巴多斯海洋空间计划：制定专属经济区范围的国家计划，建立 30% 的海洋保护，同时为旅游、渔业和能源部门的重要经济活动分配区域。
• 巴哈马和牙买加红树林测绘计划：利用AI驱动的分类来绘制红树林地图并确定恢复区域。
• 联合岛壁虎保护：使用无人机图像和栖息地地图来保护濒临灭绝的联合岛壁虎免受圣文森特和格林纳丁斯的非法野生动物贩卖。

“我们不只是提供地图，”Schill 指出。“我们对当地合作伙伴进行遥感和GIS方面的培训，以便他们能够承担保护工作。这样，当一个国家对其海洋保护区或珊瑚礁恢复地点做出决策时，他们就有工具和知识。

一名海洋科学家在牙买加南部的海草床上进行照片样带调查。这些数据用于估计海草床的健康状况和碳储存能力。

自然生态保护制图的未来

 

随着气候危机的加剧，对高质量地理空间数据的需求从未如此强烈。对于 Schill 和他的团队来说，ENVI 和先进的遥感技术等技术对于预测环境威胁和保护加勒比地区的自然遗产至关重要。

 

利用技术、合作伙伴关系和当地知识的力量，不仅仅是保护自然，而是确保人类和自然的可持续未来。

“借助 ENVI，我们可以分析复杂的景观，检测环境变化，并提供数据驱动的解决方案，帮助子孙后代保护生态系统，”Schill 说。

图片由大自然保护协会的Steve Schill 提供，原文由Erin Eckles撰写。