趙明月,牟乃夏,劉文寶,曹益銘,徐玉靜

(山東科技大學(xué) 測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266590)

江蘇海岸帶遙感監(jiān)測(cè)及時(shí)空變化

趙明月,牟乃夏,劉文寶,曹益銘,徐玉靜

(山東科技大學(xué) 測(cè)繪科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266590)

由于各種地質(zhì)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(lèi)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(jù)，通過(guò)遙感手段，用可視化的方式，以江蘇沿海海岸線為研究對(duì)象，通過(guò)20 a的遙感圖像研究其變遷情況，分析探討其形成的驅(qū)動(dòng)力，并提出了相關(guān)的改進(jìn)創(chuàng)新的建議。

遙感；江蘇海岸帶；土地利用；時(shí)空變化

江蘇海岸帶因?yàn)檠匕兜目焖俟I(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(huì)引起周?chē)鷳B(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(lèi)型的研究對(duì)整體海岸帶的生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及了解海岸帶生態(tài)變化有著深遠(yuǎn)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(cè)海岸線的變化具有非常大的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)為衛(wèi)星的數(shù)據(jù)獲取非常方便，可以克服傳統(tǒng)的實(shí)地調(diào)查的限制，可對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行重復(fù)監(jiān)測(cè)，比一般方法更為高效[4]。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來(lái)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(zhǎng)北側(cè)，北到魯蘇交界的繡針河口，東側(cè)為黃海，其岸線長(zhǎng)度約1 000 km，其海岸帶大多為粉砂淤泥質(zhì)海岸，但也有部分砂質(zhì)海岸和基巖港灣。海岸帶的開(kāi)發(fā)就成為新興的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。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(gè)點(diǎn)對(duì)其海岸帶以及土地利用類(lèi)型進(jìn)行了分析和計(jì)算。

1.2 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

文章中選取了1990年、1995年、2000年、2006年及2010年共5個(gè)年份的Landsat遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且各個(gè)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(duì)圖像進(jìn)行大氣校正，以獲得準(zhǔn)確的地表輻射特征，然后用1∶50 000地形圖進(jìn)行幾何精校正的處理，進(jìn)而對(duì)圖像做直方圖均衡化等圖像增強(qiáng)處理，最后進(jìn)行鑲嵌配準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(jìn)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(zhì)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(zhì)海岸線靠陸地的一側(cè)。

本文采用的是Canny算子半自動(dòng)提取人工海岸線，用ENVI軟件進(jìn)行分類(lèi)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(guò)ArcGIS軟件進(jìn)行人工修正。對(duì)于天然淤泥質(zhì)海岸線的提取，根據(jù)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(shí)水邊線，然后采用修復(fù)歸一化水體指數(shù)的方法提取瞬時(shí)水邊線，之后查閱驗(yàn)潮資料算出大潮平均高潮的潮高，進(jìn)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(zhuān)家分類(lèi)和監(jiān)督分類(lèi)方法結(jié)合提取土地利用類(lèi)型，再在ArcGIS中進(jìn)行矢量化，對(duì)比實(shí)地調(diào)查記錄進(jìn)行修正，最后進(jìn)行屬性對(duì)比分析。

3 遙感時(shí)空變化分析

3.1 海岸線變遷及面積變化

用多個(gè)時(shí)段的遙感數(shù)據(jù)來(lái)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(guò)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(jì)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(jì)表 /km

從表1可以得出以下結(jié)論：① 江蘇海岸帶的海岸曲折度變化明顯，但是近些年來(lái)海岸線趨于平直化，并且變化幅度越來(lái)越小。② 4個(gè)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(yù)之后，海岸線變得相對(duì)穩(wěn)固。

3.2 沿岸土地類(lèi)型提取

本文將海岸線內(nèi)外各10 km作為研究對(duì)象，劃區(qū)域進(jìn)行研究；其中的區(qū)域分成了8個(gè)分區(qū)：海洋、自然濕地、灘涂、河流水庫(kù)、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(gè)時(shí)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(duì)海洋面積總體趨于減少，這說(shuō)明江蘇沿海在做填海造陸工程，對(duì)沿海不斷進(jìn)行開(kāi)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(shuō)明江蘇沿岸種植業(yè)已經(jīng)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(lái)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(lái)影響范圍最廣、損失非常慘重的風(fēng)暴潮，并且沿岸灘涂面積大幅度增長(zhǎng)。

以下以江蘇灌河口、大豐港和老壩港為例，分類(lèi)研究了該地區(qū)的沿岸土地利用類(lèi)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(kāi)發(fā)點(diǎn)之一。各類(lèi)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(jì)表 /km2

圖2 灌河口土地利用分布圖

從20 a的土地利用來(lái)看，該地區(qū)鹽田的發(fā)展非常迅速，為該地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。由表2數(shù)據(jù)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(zhǎng)的勢(shì)頭；另外，養(yǎng)殖池的面積趨勢(shì)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(zhǎng)到2010年的38.02 km2，人為干預(yù)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(duì)象，通過(guò)對(duì)比往年的數(shù)據(jù)，得出相關(guān)結(jié)論。其土地利用統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 大豐港土地利用統(tǒng)計(jì)表 /km2

總體看來(lái)，大豐港的這塊區(qū)域是相比之下是減少的趨勢(shì)，從20 a土地利用來(lái)看，陸地面積增加了75.01km2,其中包括建筑用地和人工經(jīng)濟(jì)用地，海產(chǎn)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(zhǎng)1.99 km2，但是該地區(qū)不像其他地區(qū)，沒(méi)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(jìn)港的區(qū)域；同時(shí)該地區(qū)還重視自然濕地的保護(hù)，自然濕地面積總體趨于增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明該地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始重視沿海的濕地保護(hù)。

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(duì)象，能比較好地說(shuō)明該地區(qū)的狀況。其土地利用統(tǒng)計(jì)如表4所示。

表4 老壩港土地利用統(tǒng)計(jì)表 /km2

該地區(qū)海洋的相對(duì)面積總體趨勢(shì)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(qiáng)，泥沙堆積，使得陸地面積不斷地增加；其次，人為的干預(yù)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(zhǎng)。在全國(guó)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(duì)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(guān)鍵的作用。

4 海岸帶變化原因分析

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

5 結(jié) 語(yǔ)

遙感技術(shù)為海岸帶的土地利用監(jiān)測(cè)提供了先進(jìn)的高科技手段[7]，使得研究效率大大提高，本文通過(guò)對(duì)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(duì)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(lái)看，這幾個(gè)時(shí)間段中土地的利用變化都是比較大的，土地的利用結(jié)構(gòu)是基本穩(wěn)定。綜合各種驅(qū)動(dòng)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(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成的結(jié)果。因此，為了更好地保護(hù)海岸帶，要從自然因素和人為因素兩個(gè)方面進(jìn)行綜合整治。

[1] 楊爭(zhēng).基于CBERS-02衛(wèi)星數(shù)據(jù)的山核桃種植面積提取研究[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012(03):60-63.

[2] 張春桂,曾銀東.臺(tái)灣海峽海水透明度遙感監(jiān)測(cè)及時(shí)空變化分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2015(02):73-81.

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

[4] 朱長(zhǎng)明.新疆博斯騰流域濕地遙感監(jiān)測(cè)及時(shí)空變化過(guò)程[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)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(cè)及時(shí)空變化[J].國(guó)土資源遙感,2013(02):156-163.

[6] 楊曉飛.礦山環(huán)境遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法與應(yīng)用研究[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2014:50-70.

[7] 張春桂.福建三大城市群氣溶膠遙感監(jiān)測(cè)及時(shí)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(yīng)用與監(jiān)測(cè)方面研究.

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.01.005

U652

A

1674-5403(2017)01-0015-04