海岸帶地理環(huán)境雷達遙感監(jiān)測關鍵問題研究

李 鵬

1. 中國海洋大學海洋地球科學學院海底科學與探測技術教育部重點實驗室，山東 青島 266100； 2. 青島海洋科學與技術國家試點實驗室海洋地質過程與環(huán)境功能實驗室，山東 青島 266061

全球海岸帶地區(qū)人口密集、經(jīng)濟發(fā)達，近一半人口生活在沿海約200 km范圍內，是地球上水圈、巖石圈、大氣圈、生物圈和人類社會相互作用最頻繁、最活躍的地帶，也是全球自然生態(tài)環(huán)境最為復雜和脆弱的區(qū)域之一。海岸帶動態(tài)變化監(jiān)測是全球變化與應對領域的重要方向，基于雷達遙感開展河口海岸帶地理環(huán)境監(jiān)測，如河口三角洲地形地貌、地面沉降、海岸線變化、濕地分類變化等，有助于分析海平面上升與地面垂直運動的疊加影響，提升海岸線提取和濕地動態(tài)變化監(jiān)測的可靠性，為海岸帶城市規(guī)劃、開發(fā)利用、環(huán)境保護和工程建設等提供科學依據(jù)。由于在利用雷達遙感空間對地觀測技術開展河口海岸帶長期、連續(xù)地理環(huán)境監(jiān)測方面仍然存在不足，本文針對一些關鍵技術與應用問題，主要開展了以下幾個方面的工作：

(1) 海岸帶InSAR對流層延遲誤差改正與方法評估。以Envisat ASAR與Sentinel-1寬幅InSAR時間序列分析數(shù)據(jù)為例，定量分析了地形線性相關經(jīng)驗方法、ECMWF大氣再分析產(chǎn)品、GACOS大氣改正在線服務產(chǎn)品在估計與改正對流層延遲方面的性能與可靠性。結果表明，GACOS產(chǎn)品在估計大范圍垂直分層延遲與小尺度局部信號方面優(yōu)于其他兩類方法。

(2) 海岸帶InSAR形變監(jiān)測的海潮負荷影響分析與改正。以全球多個典型海岸帶地區(qū)為例，基于多源海潮模型研究了海潮負荷對寬幅InSAR形變監(jiān)測影響的時空變化特征，給出了相應的海潮負荷位移估計與改正方法，并討論了不同海潮模型的差異。

(3) 海岸帶DEM質量評估與海平面上升淹沒脆弱性分析。基于TanDEM-X雙站SAR數(shù)據(jù)生成了青島膠州灣、黃河三角洲地區(qū)1.8 m精度、4 m分辨率DEM，采用Sentinel-1 InSAR時序分析技術得到了黃河三角洲孤東油田大壩現(xiàn)今地面垂直運動速率，定量分析了未來百年孤東海堤大壩、膠州灣海岸帶的陸地淹沒時空變化特征。

(4) 基于多源SAR遙感的海岸線時空變化特征探測、提取與監(jiān)測。通過融合多源SAR與光學遙感影像資料，探測與提取了近20年膠州灣與近40年黃河三角洲地區(qū)的海岸線，定量分析了海域面積、海岸線長度及變化速率，討論了海岸線變遷過程以及影響海岸線變遷的驅動因素。

(5) 河口三角洲濕地全極化SAR與多光譜遙感協(xié)同分類研究。通過創(chuàng)新性地融合GF-3 QPSI和Sentinel-2B MSI影像，基于最大似然法、決策樹算法、支持向量機方法開展了黃河三角洲濕地監(jiān)督分類。結果表明，協(xié)同分類總體精度(95.7%)顯著優(yōu)于單獨分類。

(6) 河口海岸帶相干性變化探測研究。定量分析了黃河口濕地多時相、多波段、多極化SAR圖像的相干性、后向散射特征，為海岸帶地理環(huán)境調查(如：濕地邊界、淹沒程度、洪水擾動、水文周期和濕地植被等)提供參考。