岛屿海岸线自动化提取及其时空变迁研究——以大连市獐子岛为例

海岸带是受人类活动和全球海平面上升影响的敏感地带,海岸线的提取和监测是海岸带生态系统研究和社会管理的重要内容。本文在遥感和地理信息系统的支持下,以修正的归一化水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)为基础,结合遥感影像处理和直方图均衡化等技术,实现了大连市獐子岛1985—2016年海岸线的自动化提取。结果表明:(1)通过与三位专家目视解译的成果比对,本文提取海岸线的精度能满足后续研究的要求(相对误差分别为0.045%,0.032%和0.023%);(2)近30年来,獐子岛海岸线总体呈现蚀退趋势,岸线长度与岛屿面积分别呈现变短和变小的趋势,獐子岛(主岛)和大耗岛的岸线蚀退速率最大,褡裢岛次之,小耗岛最小;在人类活动较为密集的区域,海岸线呈现出较为强烈的增长趋势,海水养殖和圈海建坝是岸线增长的主要驱动力;(3)獐子岛海岸线具有显著的分形性质,分形维数随时间呈现增大的趋势,獐子岛(主岛)的分形维数最大,褡裢岛的分形维数最小。     

1996－2020年黄河口清水沟流路海岸线动态演变及其与水沙量的关系研究

海岸线演变及其动态监测,对沿海地区生态保护和可持续发展至关重要。受自然过程和人类活动的影响,黄河三角洲海岸线始终处于动态变化之中。本文基于1996－2020年黄河口Landsat系列卫星影像,利用数字岸线分析系统（DSAS）,探讨了近25年来黄河口海岸线动态演变规律及其对黄河输沙量变化的响应关系。研究发现：现行河口地区海岸线平均向海淤进260 m/a,老河口岸线平均变化-167 m/a。调水调沙前,河口岸线整体处于蚀退阶段;调水调沙后,现行河口岸线初期快速淤进,后速率逐渐减缓,老河口始终处于蚀退状态。年内尺度上,现行河口岸线在调水调沙年份汛期前后淤进明显,非调水调沙年份汛期前后淤进缓慢,老河口岸线变化基本与年际变化一致。调水调沙前后,黄河入海沙量对岸线演变的影响程度提升,在年内尺度上对汛期前后现行河口岸线变化作用显著（R2=0.93）     

气候变化对北方农牧交错带界线变迁影响的定量探测方法研究

气候对北方农牧交错带界线变迁的定量影响是目前生态脆弱敏感区对气候变化响应领域的研究热点问题。前人已在气候变化对农牧交错带界线的定性影响方面有较为深刻的认识,但仍缺乏在时间和空间上对气候贡献率进行有针对性的定量辨识。本文利用1970年以来长时间序列的国家气象站点数据和土地利用遥感解译数据,分别提取了基于气候要素和土地利用的20世纪70年代、80年代、90年代和21世纪前10年4个时期的北方农牧交错带界线,通过垂直和水平方向变动探测方法（FishNet）和界线变迁方向变动探测方法（DSAS）对气候界线与土地利用界线的时空变化进行探测,定量分析了不同时期气候对农牧交错带界线变迁影响的贡献率。结果表明,气候与土地利用界线空间分布格局及气候贡献率在不同时期、不同区域差异较大,在西北地区变幅最小,东北地区变幅最大。在大兴安岭东南缘农田控制水源涵养生态功能区西北段以及内蒙古高原东南缘农、林、牧业生态—生产功能区西北段,气候与土地利用界线空间耦合关系最为密切,在该地区基于FishNet方法下水平方向上气候贡献率达10.7%~44.4%,垂直方向上达4.7%~55.9%;基于DSAS方法下气候贡献率为1.1%~16.8%。两种方法探测结果大部分趋于一致,但DSAS方法精度高,适用于小范围精确探测;FishNet方法更简单,适用于精度要求不高、快速直观的统计分析。本研究可为北方农牧交错带内农牧业生产适应气候变化、合理开发土地生产潜力、保护农牧交错带区内生态环境提供科学依据和指导。     

近50年来刁口废弃亚三角洲海岸线变迁速率分析

刁口亚三角洲自废弃以来海岸地貌发生了巨大变化, 监测海岸线的变化对于保护和开发海岸带具有重要意义。本文以1976—2021年间典型年份的Landsat遥感影像和Google Earth高分辨率影像为数据源, 通过RS、GIS技术对刁口废弃亚三角洲地区的岸线进行提取, 最后用数字岸线分析系统对1976—2021年间的海岸线变迁进行定量分析。结果显示: 1976—2021年间海岸线以均值–23.24 m/a的速率向陆蚀退, 侵蚀程度逐年减弱, 且海岸线时空变化特征显著。就侵蚀程度而言, 刁口河口及东侧烂泥湾地区侵蚀强度最大(–165.49 m/a), 挑河口—刁口河口岸段次之(–127.61 m/a), 东北侧防海大堤岸段最小(–80.66 m/a)。1976—1986年研究区岸段处于快速侵蚀状态, 蚀退面积达102.7 km²; 1986—2006年处于持续侵蚀后退状态, 蚀退面积约为88.79 km²; 2006—2016年基本达到冲淤平衡状态, 2016年面积和2006年相差不大; 自2016年呈现缓慢蚀退状态, 年均蚀退速率为仅2.51 km²。岸线长度总体上表现为减少趋势, 但在1996年成为最低点后有所增加。刁口废弃亚三角洲海岸线变化主要受入海水沙、人类活动和海洋动力作用侵蚀的影响。     

基于数字化海岸分析系统(DSAS)的海岸线变迁速率研究:以黄河三角洲和莱州湾海岸线为例

海岸线变化对海岸带生态环境改变、滨海土地侵蚀有着极其重要的影响,海岸线的提取和监测对海岸带生态系统的保护和管理具有重要意义。本研究基于数字化海岸线分析系统(DSAS,Digital Shoreline Analysis System),研究了黄河三角洲和莱州湾的海岸线时空变化规律。研究结果表明:通过提取1985-2015年6期的Landsat影像,发现近30年来黄河三角洲和莱州湾地区海岸线均呈现显著的向海方向扩张的趋势,且增长速率逐渐加快。黄河三角洲的终点变化速率(EPR,End Point Rate)约为73.0 m/a、线性回归速率(LRR,Linear Regression Rate)约为75.5 m/a,黄河港-大咀沟增长速度最快(129.2 m/a),受黄河泥沙输送的影响,黄河口和老黄河口岸线的几何形态呈现平滑的变化趋势;莱州湾岸线的EPR和LRR约为139.5 m/a和144.3 m/a,淄脉河河口-白浪河河口段增长速度最快(197.6 m/a),岸线变化较为显著的区域主要集中在港口、圈海堤坝、海水养殖等的地方。DSAS模型在海岸线定量化分析中具有显著优势,利用EPR和LRR指标能够科学有效地模拟岸线在时间和空间上的变化速率。     

湛江市白茅海砂质岸线1987—2020年变迁分析

监测海岸线变迁对于保护和开发海岸带具有重要意义。文章以湛江市白茅海砂质海岸为研究对象,以6个年份（1987年、1991年、2000年、2005年、2010年、2020年）的Landsat遥感影像作为数据源,利用改进的归一化水体指数法（MNDWI）、迭代式阈值分割法提取瞬时水边线,之后通过潮汐模型对其进行校正得到平均大潮高潮线,运用数字岸线分析系统（DSAS）的统计模型对6个年份的平均大潮高潮线变迁情况进行定量分析。结果显示,1987—2020年白茅海海岸线以-4.28 m/年的年平均速率向陆侵蚀后退,海岸线变化呈现较为明显的阶段性和区域性,海岸线年平均侵蚀速率较快的时期为1987—1991年和2010—2020年,分别为-18.23 m/年和-7.22 m/年;侵蚀最严重的位置为白茅海旧灯塔附近,部分岸段存在侵蚀和堆积两种现象,整体上白茅海砂质岸线侵蚀等级为极高侵蚀,亟须修复和保护。     

Google Earth: A New Resource for Shoreline Change Estimation—Case Study from Jaffna Peninsula,Sri Lanka

Abstract

Estimation of shoreline change using satellite images is considered as a very effective method because the coastline is found highly dynamic. This study focuses to develop a methodology to detect shoreline changes using satellite imageries obtained from Google Earth platform. The study was carried out in north-east coastline of Jaffna in Sri Lanka. Shorelines from 2002 to 2017 were delineated on the multi-temporal satellite images in the Google Earth software by visual interpretation and change was detected using Digital Shoreline Analysis System in ArcGIS. Tidal variation, digitizing error, and geometric errors were considered to calculate the uncertainty. Mean End Point Rate, mean Shoreline Change Envelop, mean Net Shoreline Movement, and mean Weighted Linear Regression Rate were used as main shoreline change statistics. Result shows that there is net shoreline accretion of 6.13?±?8.74 m with an annual rate of deposition of 0.5?m/year. During the study period, 76.12% of the observed shoreline is found accreted while the 23.88% of the shoreline is eroded. Mean Uncertainty of the shoreline is 3.73?±?0.59 m. The study revealed that the satellite images from Google Earth platform can be used for time series analysis of shorelines after appropriate corrections.     

Automatic detection of shoreline change on coastal Ramsar wetlands of Turkey

This research focuses on the shoreline change rate analysis by automatic image analysis techniques using multi-temporal Landsat images and Digital Shoreline Analysis System (DSAS) along the coastal Ramsar wetlands of Turkey. Five wetlands were selected for analysis: Yumurtalik Ramsar, the Goksu Ramsar, Kizilirmak and Yesilirmak wetlands and Gediz wetlands. Accretion or erosion processes were observed on multi-temporal satellite images along the areas of interest. Landsat images were geometrically and radiometrically corrected for the quantitative coastline delineation analysis. DSAS (Digital Shoreline Analysis System) was used as a reliable statistical approach for the rate of coastline change. For the detection of coastal change in Aegean part (Gediz wetland) of the study, zonal change detection method was used. As a result of the analysis, in some parts of research area remarkable shoreline changes (more than 765 m withdrawal and −20.68 m/yr erosion in Yumurtalik, 650 m withdrawal and −25.99 m/yr erosion in Goksu, 660 m withdrawal and −16.10 m/yr erosion in Kizilirmak and 640 m withdrawal and −4.91 m/yr erosion in Yesilirmak) were observed for three periods (1989, 1999 and 2009). Wetland in Gediz delta which is 35.57 km² was converted to sea or salt pan for the period 1975 and 2009.     

1984～2012年海州湾海岸线时空演变研究

以Landsat影像为数据源, 通过改进归一化水体指数、二值化、潮位校正模型提取海岸线, 使用数字海岸线分析系统(Digital Shoreline Analysis System, DSAS), 对1984～2012年海州湾海岸线的时空演变进行了研究。结果表明, 1984～2012年间海州湾海岸线整体以4.29 m/a向海洋推进, 其中, 48%的海岸出现侵蚀, 侵蚀速率为22.83 m/a, 侵蚀现象主要出现在大堤修建前的部分粉砂淤泥质海岸。52%的海岸出现淤积, 淤积速率为25.90 m/a, 淤积现象主要出现在人工海岸、河口海岸和受大堤影响的粉砂淤泥质海岸。海岸线时空演变研究有利于科学地规划、开发和管理海洋及其沿岸空间资源, 并保证其环境及经济的可持续发展。