江蘇海岸帶遙感監(jiān)測及時空變化

趙明月,牟乃夏,劉文寶,曹益銘,徐玉靜

(山東科技大學 測繪科學與工程學院,山東 青島 266590)

江蘇海岸帶遙感監(jiān)測及時空變化

趙明月,牟乃夏,劉文寶,曹益銘,徐玉靜

(山東科技大學 測繪科學與工程學院,山東 青島 266590)

由于各種地質因素、氣象因素的相互影響作用，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化使得海岸線和沿岸土地利用類型處于不斷地變化之中。本文利用1990年、1995年、2000年、2006年及2010年5期遙感影像數(shù)據，通過遙感手段，用可視化的方式，以江蘇沿海海岸線為研究對象，通過20 a的遙感圖像研究其變遷情況，分析探討其形成的驅動力，并提出了相關的改進創(chuàng)新的建議。

遙感；江蘇海岸帶；土地利用；時空變化

江蘇海岸帶因為沿岸的快速工業(yè)化使得海岸線與沿岸的土地利用發(fā)生了較大的變化，其變化會引起周圍生態(tài)環(huán)境的改變，影響著人們的生活[1]。因此，海岸帶的變遷以及海岸帶土地利用類型的研究對整體海岸帶的生態(tài)環(huán)境保護以及了解海岸帶生態(tài)變化有著深遠的意義。由于自然和人為的原因，使得海岸線不斷地變化[2-3]。與傳統(tǒng)的方法相比，利用衛(wèi)星遙感方法監(jiān)測海岸線的變化具有非常大的優(yōu)點，主要表現(xiàn)為衛(wèi)星的數(shù)據獲取非常方便，可以克服傳統(tǒng)的實地調查的限制，可對同一區(qū)域進行重復監(jiān)測，比一般方法更為高效[4]。

1 研究區(qū)域及數(shù)據來源

1.1 研究區(qū)域

江蘇海岸帶位置非常優(yōu)越，海岸線從南起長北側，北到魯蘇交界的繡針河口，東側為黃海，其岸線長度約1 000 km，其海岸帶大多為粉砂淤泥質海岸，但也有部分砂質海岸和基巖港灣。海岸帶的開發(fā)就成為新興的經濟增長點。其中典型的有灌河口段、大豐港段和老壩港段，本文選取了這3個點對其海岸帶以及土地利用類型進行了分析和計算。

1.2 數(shù)據源及預處理

文章中選取了1990年、1995年、2000年、2006年及2010年共5個年份的Landsat遙感影像數(shù)據進行分析，并且各個年份都備有2幅～3幅影像作為解譯參考，以便能更好地提取海岸線信息。首先是對圖像進行大氣校正，以獲得準確的地表輻射特征，然后用1∶50 000地形圖進行幾何精校正的處理，進而對圖像做直方圖均衡化等圖像增強處理，最后進行鑲嵌配準。在研究中用742(RGB)波段合成影像作為海岸帶的解譯圖像，用432(RGB)標準假彩色合成圖像作為植被提取影像。

2 研究方法

首先分析江蘇海岸帶的整個研究區(qū)域，然后劃分出灌河口段、大豐港段和老壩港等變化較為明顯的區(qū)域，最后分別進行土地利用變化和海岸線變遷的解譯與分析。海圖上海岸線的確定方法為多年平均大潮高潮的水陸分界線，砂質海岸在遙感影像上的反射率高于其他地物，文中的海岸線是砂質海岸線靠陸地的一側。

本文采用的是Canny算子半自動提取人工海岸線，用ENVI軟件進行分類和密度分割，用IDL確定閾值之后用Canny算子提取水邊線，后期通過ArcGIS軟件進行人工修正。對于天然淤泥質海岸線的提取，根據李秀梅[5]文章中的算法用三角形模型推算大潮平均高潮位的水邊線。首先選取多幅代表影像獲取瞬時水邊線，然后采用修復歸一化水體指數(shù)的方法提取瞬時水邊線，之后查閱驗潮資料算出大潮平均高潮的潮高，進而推算出高潮位水邊線，采用1∶150 000的海圖修正。最后用ENVI利用專家分類和監(jiān)督分類方法結合提取土地利用類型，再在ArcGIS中進行矢量化，對比實地調查記錄進行修正，最后進行屬性對比分析。

3 遙感時空變化分析

3.1 海岸線變遷及面積變化

用多個時段的遙感數(shù)據來分析比較海岸線變遷，可獲得更高的海岸線變化信息[6]。通過分析1990年、1995年、2000年、2006年、2010年共5期的TMETM+圖像，得到江蘇海岸帶的海岸線和陸地面積的變化情況統(tǒng)計表如表1所示。

表1 江蘇海岸帶以及典型區(qū)域海岸線變化統(tǒng)計表 /km

從表1可以得出以下結論：① 江蘇海岸帶的海岸曲折度變化明顯，但是近些年來海岸線趨于平直化，并且變化幅度越來越小。② 4個典型研究區(qū)域中，大豐港和老壩港的海岸線變化明顯，有增有減，從2006年到2010年，各地區(qū)海岸線變化都不是很大，主要是受到人工干預之后，海岸線變得相對穩(wěn)固。

3.2 沿岸土地類型提取

本文將海岸線內外各10 km作為研究對象，劃區(qū)域進行研究；其中的區(qū)域分成了8個分區(qū)：海洋、自然濕地、灘涂、河流水庫、養(yǎng)殖池、水田、鹽田、其他，其他包括鹽沼、建筑用地、林地等。研究區(qū)域各個時間段中海岸土地利用面積變化如圖1所示。

圖1 江蘇海安土地利用面積

從圖1可以得出： ①該地區(qū)相對海洋面積總體趨于減少，這說明江蘇沿海在做填海造陸工程，對沿海不斷進行開發(fā)利用， ②該地區(qū)水田面積變化趨于增加，但是近10年變化不大，說明江蘇沿岸種植業(yè)已經基本穩(wěn)定。③養(yǎng)殖池的面積從1995年后穩(wěn)步上升，很明顯能看出來在1990年間至1995年之間，養(yǎng)殖池的面積大幅度下降，原因是1992年8月28日到9月1日，發(fā)生了1949年以來影響范圍最廣、損失非常慘重的風暴潮，并且沿岸灘涂面積大幅度增長。

以下以江蘇灌河口、大豐港和老壩港為例，分類研究了該地區(qū)的沿岸土地利用類型和情況。

3.2.1 灌河口

灌河口地區(qū)是新亞歐大陸橋東橋頭堡連云港的重要南翼，是江蘇省沿海重要開發(fā)點之一。各類型土地面積如表2所示。灌河口土地利用分布圖如圖2所示。

表2 灌河口土地利用統(tǒng)計表 /km2

圖2 灌河口土地利用分布圖

從20 a的土地利用來看，該地區(qū)鹽田的發(fā)展非常迅速，為該地的經濟發(fā)展起著至關重要的作用。由表2數(shù)據也可以看出，該地區(qū)的海岸線處于不斷變化之中，灘涂面積在2000年到2006年很少，但是在2010年又出現(xiàn)增長的勢頭；另外，養(yǎng)殖池的面積趨勢是減少的，取而代之的是鹽田面積的不斷增加，由1990年的14.51 km2增長到2010年的38.02 km2，人為干預比較明顯。

3.2.2 大豐港

文中選取了大豐港的部分區(qū)域，作為研究對象，通過對比往年的數(shù)據，得出相關結論。其土地利用統(tǒng)計如表3所示。

表3 大豐港土地利用統(tǒng)計表 /km2

總體看來，大豐港的這塊區(qū)域是相比之下是減少的趨勢，從20 a土地利用來看，陸地面積增加了75.01km2,其中包括建筑用地和人工經濟用地，海產養(yǎng)殖面積由1990年的8.45 km2增加到2010年的48.26 km2，年平均增長1.99 km2，但是該地區(qū)不像其他地區(qū)，沒有鹽田的發(fā)展，海岸線也逐漸趨于平直化，逐漸改造成利于貨船進港的區(qū)域；同時該地區(qū)還重視自然濕地的保護，自然濕地面積總體趨于增長趨勢，說明該地區(qū)已經開始重視沿海的濕地保護。

3.2.3 老壩港

文中選取了老壩港部分典型區(qū)域作為研究對象，能比較好地說明該地區(qū)的狀況。其土地利用統(tǒng)計如表4所示。

表4 老壩港土地利用統(tǒng)計表 /km2

該地區(qū)海洋的相對面積總體趨勢是趨于減少的，并且速率非常地快，由1990年的105.35 km2，到2010年的37.33 km2，年平均減少3.40 km2，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因主要是該地區(qū)處在沿海地區(qū)的凹口處，海浪的作用強，泥沙堆積，使得陸地面積不斷地增加；其次，人為的干預也使得該地區(qū)沿海土地得以充分得利用，沿岸的養(yǎng)殖池面積不斷增加，鹽田的面積也趨于增長。在全國潮灘濕地不斷減少的情況下，該地區(qū)的潮灘濕地不斷增加，這對于該地區(qū)改善環(huán)境和提高該地區(qū)生物多樣性起著非常關鍵的作用。

4 海岸帶變化原因分析

土地利用對可持續(xù)發(fā)展有著至關重要的作用，是研究的核心問題，而海岸帶是陸地和海洋共同作用的結果，沿海也是人類經濟發(fā)展最為重要的部分之一。出現(xiàn)不同類型的土地利用格局的原因有多方面的，包括社會原因和自然原因，在比較小的范圍內，土地利用的變化則主要是人為干預的原因，人類活動是影響土地利用類型的最為活躍的因素， 1980年，江蘇海岸帶開始發(fā)展水產養(yǎng)殖業(yè)，各種產業(yè)也相繼發(fā)展，使得灘涂的開發(fā)向多元化發(fā)展，另外，國家政策也對土地利用起著重要的影響作用，從1995年“海上蘇東”，戰(zhàn)略實施以后，灘涂的開發(fā)，自然濕地的利用，使得堤外濕地面積逐年減少。

5 結 語

遙感技術為海岸帶的土地利用監(jiān)測提供了先進的高科技手段[7]，使得研究效率大大提高，本文通過對江蘇省海岸帶1990年、1995年、2000年、2006年以及2010年的5期遙感影像為研究對象，分析了江蘇省典型海岸帶土地利用景觀格局和海岸線的變化，從土地的利用層面來看，這幾個時間段中土地的利用變化都是比較大的，土地的利用結構是基本穩(wěn)定。綜合各種驅動力分析，江蘇省海岸帶土地利用以及海岸線變化主要是人類經濟活動造成的結果。因此，為了更好地保護海岸帶，要從自然因素和人為因素兩個方面進行綜合整治。

[1] 楊爭.基于CBERS-02衛(wèi)星數(shù)據的山核桃種植面積提取研究[J].西南林業(yè)大學學報,2012(03):60-63.

[2] 張春桂,曾銀東.臺灣海峽海水透明度遙感監(jiān)測及時空變化分析[J].氣象與環(huán)境學報,2015(02):73-81.

[3] 李剛.國土資源地表物變化監(jiān)測方法[J].資源信息與工程,2016(04):135-136.

[4] 朱長明.新疆博斯騰流域濕地遙感監(jiān)測及時空變化過程[J].吉林大學學報(地球科學版),2013(03):954-961.

[5] 李秀梅,袁承志,李月洋.渤海灣海岸帶遙感監(jiān)測及時空變化[J].國土資源遙感,2013(02):156-163.

[6] 楊曉飛.礦山環(huán)境遙感動態(tài)監(jiān)測方法與應用研究[D].北京:中國地質大學,2014:50-70.

[7] 張春桂.福建三大城市群氣溶膠遙感監(jiān)測及時空變化分析[J].氣象,2010(08):92-99.

Remote Sensing Monitoring and Spatial-Temporal Variation of Jiangsu Coastal Zone

ZHAO Mingyue, MU Naixia , LIU Wenbao, CAO Yiming, XU Yujing

(Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590,China)

With rapid development of the industrialization and urbanization, the coastline and coastal land use types have been changed constantly because the mutual influences between geological factor and meteorological factor. In paper, coastline of Jiangsu province is thought as the research object, by means of remote sensing, visualization is taken to study the difference through the five remote-sensing images of twenty five years. Finally, the driving force of that is analyzed, and improving propose is put forward.

remote sensing; Jiangsu coastal zone; land use; spatial-temporal variation

2016-12-10

趙明月(1991-), 女, 山東濱州人, 在讀碩士研究生, 主要從事遙感應用與監(jiān)測方面研究.

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.01.005

U652

A

1674-5403(2017)01-0015-04