周建波張云濤殷 飛

(1.靖江市國土資源局,江蘇 靖江214500;2.江蘇省地質(zhì)測繪院,江蘇 南京211102)

0 引 言

近年來,隨著沿海地區(qū)環(huán)境變化和人類活動的影響,海岸帶變遷劇烈。海岸線是陸地和海洋的分界線。中華人民共和國國家標準《中國海圖圖示》(GB/T 5791-93)給自然海岸線的定義是“研究區(qū)多年平均大潮高潮時水路分界的痕跡線”[1]。海岸線具有獨特的地理形態(tài),是海岸帶最直接的表現(xiàn)形式。研究海岸線的動態(tài)變化特征,實現(xiàn)準確、高效的海岸線動態(tài)變化監(jiān)測,對沿海地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和海洋資源的可持續(xù)開發(fā)利用具有重要意義。基于遙感影像,海岸帶進行變遷研究,國內(nèi)外學者已有許多成功先例。孫曉宇等[2]以中國渤海灣為研究區(qū)域,通過統(tǒng)計渤海灣海岸線長度變化、空間面積變化等,分析了研究區(qū)海岸帶的時空變遷特征,該方法彌補了海岸帶變遷研究過程中的時效性差、時間分辨率低的缺陷。海岸帶變遷特征的分析方法,已經(jīng)從最簡單的平均速率、端點速率發(fā)展成為較為復雜的線性回歸分析以及空間變化的模型分析等。

本文基于GIS、RS技術(shù),利用人工目視解譯和計算機自動解譯相結(jié)合的方法提取了南通市1986-2016年的6期海岸線,對南通市海岸帶變遷進行了分析研究。

1 研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

南通市地處北緯31°01'—32°43'、東經(jīng)120°12'—121°55'之間,位于江蘇省東南部,長江三角洲入海口的北部,擁有226km的海岸線,海岸線北起鹽城與南通交界的20號界碑處,南至啟東市的連興港。南通市沿岸分布著大量的灘涂資源,潮上帶灘涂面積39.666 7 km2,潮間帶面積1 342 km2。大量的灘涂不但提供了大量的土地資源,而且?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟效益,南通市也被譽為是“黃金海岸”(圖1)。

圖1 研究區(qū)域圖

1.2 數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

本文以空間分辨率為30 m的Landsat TM、ETM+和空間分辨率為15 m的Landsat OLI共6個時期12景的南通市衛(wèi)星遙感影像為數(shù)據(jù)源,以2016年拍攝的空間分辨率為2.5 m的1景ALOS江蘇省衛(wèi)星遙感影像作為校正影像的基準影像;以南通市相關(guān)的各類地理信息數(shù)據(jù)作為參考資料。遙感衛(wèi)星在采集地面數(shù)據(jù)時會受到傳感器自身誤差、衛(wèi)星姿態(tài)、飛行高度、氣球曲率、大氣輻射等因素的影響,這些誤差很大程度上降低了數(shù)據(jù)質(zhì)量,影響了分析地物信息的精度[3]。需要對影像進行預處理,消除在影像獲取過程中帶來的誤差影響,并通過鑲嵌與裁剪,得到完整的南通市海岸帶遙感影像。最終得到江蘇省南通市近30年6期海岸線疊加圖(圖2)。

圖2 南通市6期海岸線疊加圖

2 海岸帶變遷分析

2.1 海岸線長度變化分析

根據(jù)江蘇省南通市1987-2016年6期海岸線,計算各時期海岸線總長度(圖3)。1986-1996年海岸線長度呈現(xiàn)縮減趨勢。2006—2016年,以江蘇南部為首的沿海地區(qū)迅速發(fā)展,海岸線累計增長65.21 km,占2006年海岸線全長的31.52%。

圖3 1986—2016年海岸線長度變化折線圖

為了更加直觀地分析近30年南通市各類海岸線的變化幅度,本文采用任意時期內(nèi)不同類型的海岸線長度的年均變化率來表示各類型海岸線的變化強度[4]:

式(1)中,LCI ij表示第i年到j年所選的海岸線長度的變化強度;L i、L j分別表示第i年和第j年所選的海岸線的長度。

根據(jù)式(1),計算得到南通市近30年不同類型海岸線長度的變化強度(表1)。

表1 海岸線長度變化強度/%

2.2 基于分形維數(shù)的海岸線變化分析

“分形維數(shù)”能夠度量復雜形體的不規(guī)則性,海岸線受到自然因素和人為因素等多種因素的影響。將南通市海岸線的分形維數(shù)作為海岸線變遷的分析依據(jù),具有重要意義。

分形維數(shù)的計算模型主要有量規(guī)法、網(wǎng)格法和隨機噪聲法等。本文基于ArcGIS平臺,利用網(wǎng)格法計算海岸線的分形維數(shù)。網(wǎng)格法的基本原理是利用不同長度的正方形網(wǎng)格連續(xù)并且不重復地去覆蓋被測量的海岸線,當網(wǎng)格的長度r取不同值時,覆蓋整條海岸線所需要的網(wǎng)格數(shù)目N(r)則相應會出現(xiàn)不同的變化[6]。理論公式如下:

對式(2)兩邊同時進行對數(shù)運算,得到:

式(3)中,D表示分形維數(shù),C是常數(shù)。通過計算一系列的r值和相對應的N(r)值,通過擬合,就可以求得分形維數(shù)D。分形維數(shù)D越大,則表示所分析的岸線曲折度和復雜程度越大。本文所使用的遙感影像空間分辨率為30 m,網(wǎng)格的長度r取值則為30的倍數(shù),取30 m、60 m、90 m、120 m、150 m、180 m、210 m、240 m、270 m 和300 m作為網(wǎng)格的長度,通過建立以上10個網(wǎng)格長度指標的格網(wǎng),覆蓋需要分析的海岸線,并統(tǒng)計覆蓋整條海岸線所需要的網(wǎng)格數(shù)目N(r)。最后根據(jù)式(2)利用最小二乘的方法進行擬合和回歸分析,便可得到所分析海岸線的分形維數(shù)(表2)。

表2 各時期海岸線分形維數(shù)統(tǒng)計

通過網(wǎng)格長度r與網(wǎng)格數(shù)目N(r)進行線性擬合,計算得到擬合系數(shù)R2均為0.999 9,表明分形維數(shù)質(zhì)量可靠,數(shù)值精確可以使用。許寧等[7]計算了1980—2015年中國大陸海岸線的分形維數(shù),其中,1980年江蘇省海岸線的分形維數(shù)為1.009 2,海岸線的分形維數(shù)逐年增大。本文使用網(wǎng)格法計算的分形維數(shù)顯示,1986年分形維數(shù)為1.014 1,此后逐年呈現(xiàn)增大趨勢,到2016年,分形維數(shù)為1.037 2,符合許寧等的研究成果。

3 結(jié) 語

本文主要基于GIS和RS技術(shù),利用ArcGIS和ENVI遙感數(shù)據(jù)處理平臺,提取了1986-2016年6個時期的南通市海岸線。從各時期海岸線的類型分布、長度變化、空間變遷及分形維數(shù)多個角度進行了分析研究,主要結(jié)論如下。

(1)1986—2016年間,南通市海岸帶面積主要以向海擴張為主,累計擴張面積約為637.237 7 km2,擴張速率21.243 km2/a。南通市岸線類型轉(zhuǎn)化情況比較劇烈,主要是淤泥質(zhì)岸線減少,人工岸線增加,各類型岸線變遷主要是從自然岸線向人工岸線轉(zhuǎn)化。

(2)南通市海岸線的分形維數(shù)基本呈增長趨勢,人類的海岸開發(fā)是導致海岸線分形維數(shù)劇烈波動的主要原因。

(3)南通市海岸帶受到自然因素和人為因素雙重作用的影響,基于分析結(jié)果,人類的近?；顒邮窃斐赡贤ㄊ泻０稁ё冞w的最主要的驅(qū)動因素。