20世紀(jì)40年代初以來渤海形態(tài)變化特征*

宋 洋，張 華，侯西勇?

(1 中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所 中國科學(xué)院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 煙臺(tái) 264003； 2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

渤海位于亞歐大陸東部，介于37°27′N～41°N、117°35′E～121°10′E之間，由遼東半島與山東半島所圍繞，屬于半封閉內(nèi)陸邊緣海，以平原性淤泥與砂礫質(zhì)岸線為主，岸坡平緩，潮間帶廣闊[1]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展使得環(huán)渤海地區(qū)的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程明顯加快[2]，河口三角洲發(fā)育和大規(guī)模圍填?；顒?dòng)導(dǎo)致渤海面積逐年萎縮[3-4]，從1940年代至2014年，渤海面積大約萎縮0.57萬km2，萎縮速率超過82 km2·a-1[5]，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，萎縮速度加快，許多地區(qū)岸線向海擴(kuò)張明顯，導(dǎo)致渤海形態(tài)發(fā)生較為顯著的變化[6]。近年來，隨著遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶、天津?yàn)I海新區(qū)、河北沿海地區(qū)、黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)、山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)均已上升為國家戰(zhàn)略[7]，環(huán)渤海的圍填?；顒?dòng)將更趨白熱化[8-10]。作為中國唯一的內(nèi)海，渤海的形態(tài)變化具有其獨(dú)特性，在全球范圍亦有其典型性和代表性，但是，目前，對(duì)渤海形態(tài)變化的研究多集中于渤海的局部區(qū)域，以揭示河口三角洲演變、填海造陸對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響等為主要目的[11-12]，而對(duì)渤海整體較長時(shí)期的形態(tài)變化所進(jìn)行的研究則較為少見，尤其是從點(diǎn)、線、面、體不同維度出發(fā)的系統(tǒng)性研究尚屬空白[13-14]。因此，本文基于地形圖、海圖與遙感影像等資料，對(duì)1940年代初期以來整個(gè)渤海的形態(tài)變化特征及其原因進(jìn)行系統(tǒng)的研究，以期引起學(xué)術(shù)界和管理部門的重視，為“拯救渤海”提供新的思路。

1 信息來源與研究方法

1.1 信息來源

提取不同時(shí)期岸線數(shù)據(jù)的信息源[5]：美國陸軍制圖局編繪的中國沿海1∶25萬地形圖13幅，測繪于20世紀(jì)40年代初；環(huán)渤海區(qū)域1∶5萬和1∶10萬地形圖，測繪于20世紀(jì)50年代至60年代初；Landsat MSS/TM/ETM+/OLI系列傳感器衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)時(shí)相包括1970s初、1990年、2000年和2014年，由美國地質(zhì)調(diào)查局(http:∥glovis.usgs.gov)提供下載。針對(duì)Landsat衛(wèi)星影像進(jìn)行必要的預(yù)處理工作，以便提高海岸線目視解譯的精度，主要包括幾何精校正、波段合成、假彩色合成、色彩拉伸等處理過程。基于以上地形圖和遙感影像資料提取1940s初、1960s初、1970s初、1990年、2000年和2014年共6個(gè)時(shí)相的渤海岸線分布數(shù)據(jù)。

提取不同時(shí)期水深數(shù)據(jù)的信息源：中國人民解放軍海軍司令部航海保證部出版的海圖28幅，出版年份為1966—1969年(9幅)、1985—1986年(5幅)、1999—2005年(7幅)和2008—2012年(7幅)，測量年份分別主要集中在1959年、1970s、1990s和2000s初(2010年之前)4個(gè)時(shí)期，比例尺以1∶15萬和1∶25萬為主?；谶@些海圖提取低潮線、水深點(diǎn)和等深線信息，建立4個(gè)時(shí)期的DEM(數(shù)字高程模型，digital elevation model)數(shù)據(jù)，為便于研究，將4個(gè)時(shí)期分別記為1960年、1970s、1990s和2000s。

1.2 渤海分區(qū)

整個(gè)渤海由渤海灣、遼東灣、萊州灣和中部海區(qū)組成[15]，根據(jù)海灣的定義及相關(guān)文獻(xiàn)資料[16]，參照環(huán)渤海區(qū)域的地圖和遙感影像，確定各個(gè)海區(qū)的范圍和邊界。具體如下：遼東灣具有明確的口門，為長興島(E121.225°，N39.517°)與秦皇島(E119.528°，N39.813°)，可直接建立口門線并與海灣岸線連接，形成封閉的海灣圖斑；渤海灣位于E117.583°～118.850°和N38°～39.233°之間，灣口北部為冀東沿海的大清河口，南至老黃河口，建立各個(gè)時(shí)期的口門線，形成不同時(shí)期渤海灣封閉的海灣圖斑；萊州灣西起黃河口，東至龍口的屺姆角，建立各個(gè)時(shí)期的口門線，形成不同時(shí)期封閉的海灣圖斑；中部海區(qū)，各個(gè)時(shí)期3個(gè)海灣的范圍和邊界確定之后，剩余區(qū)域即為中部海區(qū)。

1.3 海岸線提取與驗(yàn)證

海岸線采用平均高潮線的定義[5,17]，對(duì)每幅地形圖與衛(wèi)星遙感資料進(jìn)行精確的幾何校正，結(jié)合野外考察工作，采取目視解譯方式提取1940s、1960s、1970s、1990、2000、2014年6個(gè)時(shí)期的渤海岸線數(shù)據(jù)；各個(gè)時(shí)相渤海岸線提取過程中，嚴(yán)格控制采樣點(diǎn)的密度，以降低因?yàn)閿?shù)據(jù)源和分辨率等差異所導(dǎo)致的岸線精度差異[18]，將岸線提取結(jié)果與野外測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，表明6個(gè)時(shí)相岸線提取結(jié)果的誤差較低，均小于對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)源(地圖或Landsat影像)線要素信息提取的理論最大允許誤差[5，17]。

1.4 水下地形信息建立

不同時(shí)期海圖資料的高程基準(zhǔn)面有黃海56基準(zhǔn)面和黃海85基準(zhǔn)面，按照廣泛使用的基面換算公式(1985國家高程基準(zhǔn)=1956黃海高程-0.029 m)將多源、多時(shí)相海圖的高程基準(zhǔn)統(tǒng)一換算到1985國家高程基準(zhǔn)[19-20]。水深數(shù)據(jù)采集和處理過程中將海圖資料統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成WGS84坐標(biāo)系，采集獲得的水深點(diǎn)、等深線均以浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)記錄水深信息；在ArcGIS中通過空間分析技術(shù)生成100 m分辨率的浮點(diǎn)型DEM數(shù)據(jù)，由此得到1960年、1970s、1990s和2000s這4個(gè)時(shí)期的渤海水下地形DEM數(shù)據(jù)。

1.5 海洋形態(tài)特征參數(shù)

針對(duì)渤海及其分區(qū)，點(diǎn)、線、面、體相結(jié)合計(jì)算多種形態(tài)參數(shù)。平面周長與面積、三維體積可直接在ArcGIS軟件中統(tǒng)計(jì)或計(jì)算；海岸線、低潮線和等深線的位置變化是利用美國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的數(shù)字海岸分析系統(tǒng)(DSAS)計(jì)算變化速率[21-22]。其他參數(shù)的計(jì)算公式如下：

1)平面形狀指數(shù)：海灣周長與等面積圓的周長之比，反映海灣平面形狀與圓形的相似度[23]；值越小，說明越趨近于圓形，形狀越簡單，反之，則越復(fù)雜。

(1)

式中:SIB為形狀指數(shù)；P為周長(km)；A為面積(km2)。

2)平面重心及其位移：在二維平面空間計(jì)算海灣幾何重心，其空間位移的方向、路徑及距離能夠反映海灣形態(tài)變化的基本特征。計(jì)算公式[24]如下：

(2)

(3)

式中:(x，y)為平面重心坐標(biāo)；(xi，yi)(i=1,2,…,n)為平面離散點(diǎn)的坐標(biāo)；L為重心位移距離；(xj，yj)是j時(shí)相的重心坐標(biāo)；(xk，yk)是k時(shí)相的重心坐標(biāo)。

3)三維空間的重心及其位移：采用薄板法[25]進(jìn)行計(jì)算，將渤海抽象為等深線三維立體化后形成的一層層“薄板”搭建起的組合體，在求取二維“薄板”重心的基礎(chǔ)上計(jì)算整體的三維重心。各薄板(等深線)重心的平面坐標(biāo)x、y通過平面重心的方法計(jì)算，而z坐標(biāo)為

zi=(i-1)+h，

(4)

式中:i為薄板(等深線)所在的層數(shù)；h為“薄板”厚度(等深線間隔)。各薄板(等深線之間水體)的組合體的三維重心坐標(biāo)為

(5)

2 結(jié)果與分析

2.1 重心時(shí)空動(dòng)態(tài)特征

1)平面重心位移特征。渤海及各海區(qū)平面重心的移動(dòng)特征如圖1、表1所示。1940s—2014年，整個(gè)渤海的平面重心整體向東北方向移動(dòng)，移動(dòng)距離為5.72 km，移動(dòng)速度為0.08 km/a；1940s—1960s期間移動(dòng)最快，移動(dòng)距離為4.16 km，移動(dòng)速度為0.21 km/a。渤海灣的平面重心整體向東移動(dòng)，移動(dòng)距離為6.31 km，移動(dòng)速度為0.09 km/a；不同時(shí)段的移動(dòng)方向和速率有所差異，以1940s—1960s期間移動(dòng)最快，移動(dòng)距離為4.51 km，移動(dòng)速度達(dá)0.23 km/a。萊州灣的平面重心呈現(xiàn)為南北跳躍并整體向東移動(dòng)的特征，移動(dòng)距離相對(duì)較小，僅為2.60 km，移動(dòng)速度為0.04 km/a；1990年之后移動(dòng)明顯加快，移動(dòng)距離達(dá)5.4 km，移動(dòng)速度則超過0.20 km/a。遼東灣的平面重心整體向東北方向移動(dòng)，但2000年之后變?yōu)榭焖倌嫦蛘鄯担蚨?0年總體的移動(dòng)距離被大幅減小，僅為2.10 km，移動(dòng)速度僅為0.03 km/a。中部海區(qū)的平面重心整體向東北方向移動(dòng)，與渤海整體的移動(dòng)方向一致，移動(dòng)距離約為5.56 km，移動(dòng)速度為0.08 km/a；1940s—1960s期間移動(dòng)最快，移動(dòng)距離為5.80 km，移動(dòng)速度達(dá)到0.29 km/a，在1990年之后變?yōu)槟嫦蛘鄯第厔?，但速率相?duì)較低。

圖1 渤海及各海區(qū)平面重心移動(dòng)軌跡Fig.1 Spatial-temporal movement of two-dimensional centroid in Bohai Sea and its sub-regions

2)立體重心位移特征：渤海及各海區(qū)不同時(shí)期的立體重心坐標(biāo)如表2所示。立體重心的平面位移方面，40余年間，整個(gè)渤海的立體重心整體向東北方向移動(dòng)，平面移動(dòng)距離為0.87 km；各時(shí)段重心移動(dòng)表現(xiàn)出西南、東北方向的交替與轉(zhuǎn)折特征，1970s—1990s移動(dòng)速度最快，向東北方向移動(dòng)距離為1.31 km。渤海灣的重心整體向北偏西方向移動(dòng)，平面移動(dòng)距離為2.22 km，各時(shí)段重心移動(dòng)表現(xiàn)為西北—東北的擺動(dòng)變化趨勢，1970s—1990s移動(dòng)速度最快，向西北方向移動(dòng)距離為1.57 km。萊州灣的重心持續(xù)向東南方向移動(dòng)，是渤海立體重心平面移動(dòng)速度最快的海灣，平面移動(dòng)距離為4.96 km，2000s以來重心移動(dòng)速度最快，平面移動(dòng)距離為3.51 km。遼東灣的重心較為穩(wěn)定，整體呈現(xiàn)為向南偏西方向的小幅移動(dòng)，平面移動(dòng)距離為0.45 km；各時(shí)段重心移動(dòng)表現(xiàn)為西南—東北—西南的交替變化趨勢，各時(shí)段平面移動(dòng)距離普遍不足0.5 km。中部海區(qū)重心移動(dòng)的速度最緩慢，整體上向東移動(dòng)0.34 km；各時(shí)段重心移動(dòng)表現(xiàn)為西南—東北—西南的交替變化趨勢，1970s—1990s移動(dòng)速度最快，向東北方向移動(dòng)距離為0.70 km。從立體重心深度的變化來看，40余年間，整個(gè)渤海的重心深度總體呈下降趨勢(下降0.04 m)，渤海灣立體重心深度呈持續(xù)下降趨勢(下降0.21 m)，而萊州灣的立體重心深度則呈持續(xù)上升的趨勢(上升0.29 m)；遼東灣和中部海區(qū)的立體重心深度呈現(xiàn)為波動(dòng)變化的特征，遼東灣的立體重心總體上升0.10 m，而中部海區(qū)立體重心經(jīng)歷一定的升降變化之后又回歸為-13.25 m。

2.2 海岸線、低潮線、等深線的位置變化

自1940s以來，渤海的岸線整體表現(xiàn)為持續(xù)向海推移，2000年以后岸線向海推移現(xiàn)象尤其明顯；渤海灣、萊州灣、黃河三角洲和遼東灣北部的岸線、低潮線及5 m等深線的位置變化均較為顯著，因此，利用岸線變化速率方法分析這些熱點(diǎn)區(qū)域岸線、低潮線和5 m等深線的位置變化特征。具體如下：

1)岸線變化特征：如圖2、圖3所示，自1940s以來，得益于黃河攜帶的大量泥沙的沉積，黃河三角洲區(qū)域新生陸地面積持續(xù)擴(kuò)張，而人類的圍填?；顒?dòng)和海岸工程建設(shè)則加速了土地利用/覆蓋的變化，因此，其岸線向海擴(kuò)張距離達(dá)25 km以上，局部區(qū)域甚至超過30 km。大量的港口碼頭區(qū)域，例如，遼東灣北岸的錦州港，岸線向海擴(kuò)張距離超過9 km，渤海灣的曹妃甸、天津港、黃驊港等港區(qū)的岸線向海擴(kuò)張距離超過20 km。遼東灣的大遼河下游河口、萊州灣南岸等區(qū)域，岸線向海擴(kuò)張距離超過10 km。除上述熱點(diǎn)區(qū)域，其他區(qū)域的岸線也多以向海擴(kuò)張為基本特征，但擴(kuò)張的距離和速度相對(duì)較小。

表1 渤海及各海區(qū)平面重心位移特征Table 1 Characters of two-dimensional centroid movement in Bohai Sea and its sub-regions

表2 渤海及各海區(qū)立體重心的坐標(biāo)Table 2 The three-dimensional centroid coordinates of Bohai Sea and its sub-regions

圖2 熱點(diǎn)區(qū)域岸線時(shí)空變化特征Fig.2 Spatial-temporal dynamic characters of shoreline in hot zones

圖3 熱點(diǎn)區(qū)域岸線移動(dòng)距離Fig.3 Movement distances of shoreline in hot zones

2)低潮線和5 m等深線變化特征：如圖4、圖5所示，黃河三角洲岸線持續(xù)向海擴(kuò)張，低潮線和5 m等深線也都隨之向海移動(dòng)，自1960年以來，多數(shù)區(qū)域向海移動(dòng)距離超過10 km，某些區(qū)域甚至高達(dá)20 km。渤海灣區(qū)域由于港口建設(shè)發(fā)展迅速，人工岸線替代自然岸線并導(dǎo)致岸線向深水區(qū)移動(dòng)，因此，許多區(qū)域的低潮線和5 m等深線都已消失；但渤海灣港口之外的其他區(qū)域低潮線未有明顯變化，某些區(qū)域存在明顯的海岸侵蝕現(xiàn)象，但是低潮線向陸移動(dòng)距離普遍不足1 km。萊州灣南岸部分區(qū)域的潮間帶侵蝕較為明顯，低潮線向陸移動(dòng)，但移動(dòng)距離普遍不足2 km，僅在局部區(qū)域達(dá)到4 km以上，而5 m等深線并沒有較為明顯的變化。遼東灣北岸的低潮線向海移動(dòng)趨勢較為顯著，多數(shù)區(qū)域位移約4 km，但5 m等深線相對(duì)穩(wěn)定，呈現(xiàn)為陸海之間小幅度的擺動(dòng)特征。

圖4 熱點(diǎn)區(qū)域低潮線與5 m等深線時(shí)空變化特征Fig.4 Spatial-temporal dynamic characters of low tide line and 5 m depth contour in hot zones

圖5 熱點(diǎn)區(qū)域低潮線與5 m等深線移動(dòng)距離Fig.5 Movement distances of low tide line and 5 m depth contour in hot zones

圖6 近70年渤海及各海區(qū)形態(tài)特征變化Fig.6 Changes in shape characters of Bohai Sea and its sub-regions during the past 70 years

2.3 面狀形態(tài)變化特征

計(jì)算不同時(shí)期渤海及各海區(qū)的周長、面積和形狀指數(shù)，得到渤海長時(shí)間的面狀形態(tài)變化特征。具體如下：

1)1940s以來渤海的岸線長度和周長均呈現(xiàn)為總體增加的變化趨勢，具體情況如圖6所示，但各海區(qū)之間存在顯著的差異性，個(gè)別海區(qū)表現(xiàn)為波動(dòng)變化但總體增長的態(tài)勢。1960s時(shí)相受大比例尺數(shù)據(jù)源的影響而使得岸線長度和海區(qū)周長數(shù)值偏高，可比性不足，因而不予討論。1940s—2014年間，渤海灣、萊州灣、遼東灣和中部海區(qū)的岸線長度分別增加459.86、66.94、317.19和293.14 km，整個(gè)渤海合計(jì)則增加1 137.13 km。萊州灣和遼東灣2個(gè)海區(qū)的岸線長度及海區(qū)周長早期均呈現(xiàn)為顯著的降低趨勢，分別在1970s和1990年降至低谷，在此之后則開始增長，以“裁彎取直”為特征的大規(guī)模圍海發(fā)展鹽田和養(yǎng)殖區(qū)是導(dǎo)致早期階段2個(gè)海區(qū)岸線及周長降低的主要原因。2000年之后渤海及其各個(gè)海區(qū)的岸線進(jìn)入一個(gè)快速增長的階段，近15年間的增長速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出2000年以前近60年間平均的增長速率；圍填海的目的由發(fā)展鹽田和養(yǎng)殖為主轉(zhuǎn)向發(fā)展港口、工業(yè)區(qū)和城鎮(zhèn)用地為主，以及圍填海方式由岸線裁彎取直、大面積整體式圍填海轉(zhuǎn)向多突堤式、人工島式、多區(qū)塊組團(tuán)式等新型圍填海，這是導(dǎo)致2000年以來岸線快速增長的主要原因。

2)1940s以來渤海面積呈持續(xù)下降趨勢，總面積減少5 743.92 km2，其中，渤海灣、萊州灣、遼東灣和中部海區(qū)的面積總體分別減少1 031.64、861.35、1 025.30和2 825.64 km2。但渤海面積變化具有一定的時(shí)空復(fù)雜性：渤海灣的面積屬于波動(dòng)下降趨勢(有多次反彈)，萊州灣和中部海區(qū)的面積屬于總體下降(有單次反彈)，遼東灣的面積則屬于持續(xù)下降趨勢；與岸線長度的變化趨勢類似，渤海面積也是在2000年之后進(jìn)入一個(gè)快速減少的階段，近15年間面積減少的速率大約是2000年之前近60年間的2倍以上，渤海灣和遼東灣近15年間的面積減少速率尤為突出，是2000年之后渤海圍填海、海域面積減小的熱點(diǎn)區(qū)域，但萊州灣因受黃河入?？诤拥蓝啻胃牡酪约澳嗌吵练e速率大幅下降的影響，其面積減少的趨勢有所放緩，近15年面積減少的速率已經(jīng)不足2000年之前近60年間的50%。

3)1940s以來渤海及其各海區(qū)的形狀總體上趨于復(fù)雜化。岸線長度和海區(qū)周長大幅增長，而海區(qū)面積卻大幅減少，形狀必然趨于復(fù)雜。由于

不同時(shí)相數(shù)據(jù)源類型和空間精度(地圖比例尺與影像分辨率)的差異對(duì)形狀指數(shù)計(jì)算結(jié)果有較大的影響，因而重點(diǎn)分析1990年以來均以30 m分辨率Landsat衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)源的時(shí)段，結(jié)果表明，1990—2014年渤海及各海區(qū)的形狀指數(shù)都呈持續(xù)增加的趨勢，整個(gè)渤海、渤海灣、萊州灣、遼東灣和中部海區(qū)的形狀指數(shù)分別增加0.88、0.54、0.30、0.81和0.31，表明渤海及其各個(gè)海區(qū)的形狀在不斷地趨于復(fù)雜化。

2.4 立體形態(tài)變化特征

利用渤海多時(shí)相水深數(shù)據(jù)計(jì)算渤海及各個(gè)海區(qū)的體積，分析水下地形的侵蝕—淤積格局。

1)渤海海岸帶河口三角洲發(fā)育典型，尤其是黃河三角洲和遼河三角洲，造成河口區(qū)域水深變淺和岸線向海推移；另一方面，渤海沿岸的圍填海活動(dòng)比較劇烈，鹽田、養(yǎng)殖和港口建設(shè)等人類活動(dòng)在導(dǎo)致渤海面積不斷萎縮的同時(shí)，也對(duì)水下地形產(chǎn)生深刻的影響，因此整個(gè)渤海及各海區(qū)的體積變化顯著，具體變化如表3所示，自1960年以來，整個(gè)渤海、渤海灣、萊州灣、遼東灣和中部海區(qū)的體積分別減少24.08、4.69、8.48、7.47和3.45 km3；將各個(gè)海區(qū)體積變化量平均到其在1960年的面積，得到“平均的變化幅度”，則整個(gè)渤海、渤海灣、萊州灣、遼東灣和中部海區(qū)的數(shù)值分別達(dá)到0.30、0.38、1.33、0.38和0.08 m，由此可見，中部海區(qū)地形相對(duì)較為穩(wěn)定，而3個(gè)海灣的變化幅度均顯著高于整個(gè)渤海，尤其是萊州灣的變化幅度最為驚人，高達(dá)1.33 m。

表3 渤海及各海區(qū)水體的體積統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of water volume in Bohai Sea and its sub-regions

圖7 1960—2000s渤海及其各海區(qū)水深變化圖Fig.7 Depth changes in Bohai Sea and its sub-regions from 1960 to 2000s

2)自1960年以來，渤海的水下地形侵蝕-淤積格局如圖7、表4所示，渤海海岸帶主要由于圍填海、河口三角洲發(fā)育兩方面原因，在黃河三角洲、渤海灣和遼河口區(qū)域有大量的淺海水域變成陸地。近50年來一直保持為海水的區(qū)域中，顯著淤積、中度淤積、輕微淤積、基本穩(wěn)定、輕微侵蝕、中度侵蝕和顯著侵蝕的區(qū)域分別占2.19%、3.00%、30.91%、36.46%、25.88%、1.08%和0.49%，淤積區(qū)域面積的合計(jì)占比(36.09%)大大超過侵蝕區(qū)域面積的合計(jì)占比(27.45%)，可見，渤海大部分區(qū)域水下地形發(fā)生了較為顯著的變化。但是，水下地形的侵蝕-淤積格局存在顯著的海區(qū)差異：渤海灣、萊州灣和遼東灣均是淤積區(qū)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過侵蝕區(qū)域，而中部海區(qū)則相反，是侵

蝕區(qū)域略大于淤積區(qū)域；而且，即便是3個(gè)海灣之間，侵蝕-淤積分布格局的面積比例差異也較為顯著，主要受1990s以來黃河水沙通量大幅減少、黃河三角洲侵蝕-淤積動(dòng)態(tài)發(fā)生變化的影響，渤海灣和萊州灣水下地形的淤積區(qū)域面積占比(分別為38.59%和37.39%)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于遼東灣(48.58%)。

3 結(jié)論與討論

本文利用地形圖、海圖和遙感影像等數(shù)據(jù)資料提取1940s以來6個(gè)時(shí)相的岸線數(shù)據(jù)和1960年以來4個(gè)時(shí)期的水下地形數(shù)據(jù)，進(jìn)而，計(jì)算點(diǎn)、線、面、體的多個(gè)參數(shù)并分析其變化特征，綜合揭示渤海及各海區(qū)形態(tài)的長期變化特征。主要結(jié)論如下：

1)整個(gè)渤海的平面重心和立體重心均表現(xiàn)出向東北方向運(yùn)動(dòng)的趨勢，立體中心同時(shí)呈現(xiàn)持續(xù)下降的態(tài)勢，但重心的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出顯著的時(shí)空差異性和復(fù)雜性：平面重心的運(yùn)動(dòng)規(guī)律較為明顯，渤海灣、萊州灣、中部海區(qū)以及整個(gè)渤海均為整體向東北方向運(yùn)動(dòng)，而遼東灣則是整體向西南方向運(yùn)動(dòng)；立體重心的運(yùn)動(dòng)特征較為復(fù)雜，其在平面視角整體的運(yùn)動(dòng)方向在4個(gè)海區(qū)各不相同，在垂向視角渤海灣、萊州灣、遼東灣和中部海區(qū)則分別呈現(xiàn)持續(xù)下降、持續(xù)上升、波動(dòng)上升和平穩(wěn)波動(dòng)的特征；平面重心在1960s以前以及2000年以來2個(gè)時(shí)段的運(yùn)動(dòng)較為劇烈，而立體重心則是在1970s—1990s期間運(yùn)動(dòng)較為劇烈。

表4 1960—2000s渤海及各海區(qū)水深變化Table 4 Depth changes in Bohai Sea and its sub-regions from 1960 to 2000s km2

2)渤海的海岸線、低潮線和5 m等深線均表現(xiàn)為整體持續(xù)向海推進(jìn)的態(tài)勢，黃河三角洲、遼河口、萊州灣南岸、曹妃甸、天津港等是陸進(jìn)海退的熱點(diǎn)區(qū)域；在相對(duì)以自然過程為主導(dǎo)的變化熱點(diǎn)區(qū)域(如，黃河三角洲)，其海岸線、低潮線和5 m等深線呈現(xiàn)出較為有序的向海推進(jìn)的格局-過程特征，規(guī)律性較強(qiáng)，而以人類活動(dòng)為主導(dǎo)的變化熱點(diǎn)區(qū)域(如曹妃甸、天津港等)，人工岸線代替自然岸線并導(dǎo)致岸線向深水區(qū)移動(dòng)，低潮線、5 m等深線局部消失和被打斷的特征較為突出；局部區(qū)域，如老黃河口、萊州灣南岸，有清晰可辨的海岸侵蝕過程，但對(duì)海岸線、低潮線和5 m等深線的影響程度相對(duì)輕微很多。

3)渤海及各個(gè)海區(qū)的岸線長度、周長均呈現(xiàn)為總體增加的變化趨勢，而面積卻呈現(xiàn)為持續(xù)下降的變化趨勢；但渤海岸線長度、周長和面積的變化呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的格局-過程特征，部分海區(qū)存在較為顯著的波動(dòng)特征，而且，在岸線長度和周長增加以及面積減少的速率方面，2000年是一個(gè)較為顯著的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，除萊州灣變化速率顯著放緩之外，其他3個(gè)海區(qū)以及整個(gè)渤海均在2000年之后進(jìn)入一個(gè)更加劇烈的、更加迅速的形態(tài)變化階段。

4)渤海大部分區(qū)域水下地形發(fā)生了較為顯著的變化，受此影響，整個(gè)渤海及各個(gè)海區(qū)海水體積的減少特征較為顯著，但水下地形的侵蝕-淤積表現(xiàn)出較為復(fù)雜的格局-過程，對(duì)各個(gè)海區(qū)的影響具有顯著的復(fù)雜性特征：中部海區(qū)相對(duì)較為穩(wěn)定，雖然容積總體減少，但是變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于整個(gè)渤海，而且侵蝕區(qū)域的分布范圍略高于淤積區(qū)域；而3個(gè)海灣則均是淤積區(qū)域顯著超過侵蝕區(qū)域，容積減少的幅度也均是顯著高于整個(gè)渤海，其中又以萊州灣為最，變化幅度達(dá)到整個(gè)渤海的3倍以上。

綜上所述，渤海及其各個(gè)海區(qū)自1940s以來經(jīng)歷了劇烈的、復(fù)雜的形態(tài)變化過程，綜合平面重心、立體重心、海岸線位置與長度、低潮線、5 m等深線、平面周長、海域面積、海水體積等多要素的格局-過程特征，可以發(fā)現(xiàn)，黃河三角洲、遼河口、萊州灣、曹妃甸、天津港等是導(dǎo)致渤海形態(tài)發(fā)生變化的熱點(diǎn)區(qū)域，而以河口三角洲發(fā)育和圍填海為主的人類活動(dòng)因素則是導(dǎo)致渤海形態(tài)發(fā)生變化的主要影響因素，但是，這兩方面主導(dǎo)因素的影響力度和貢獻(xiàn)水平存在明顯的消長關(guān)系，即，總體上，以河口三角洲發(fā)育為主的自然過程的影響作用在逐漸削弱，而人類的各種圍填?；顒?dòng)的影響作用卻逐漸高漲，尤其是20世紀(jì)90年代以來，人類活動(dòng)因素的主導(dǎo)性地位越來越顯著。