文摘
本研究着重于沿海特性、环境和动态精确描述和定期监控青岛在中国东部海岸线。它收集分类ETM +和奥利数据从2000年开始,2010年和2019年在大陆海岸线和探讨了特征和时空差异在过去19年利用遥感和地理信息系统(GIS)技术。结果表明,青岛海岸线的长度不断增加在过去的二十年里,总共增长了18.14公里。有不同的自然和人工海岸线发生了重大变化。人为海岸线逐渐的恶化和大大在2019年从2000年的53.63%上升到68.40%,而天然海岸线的长度大幅下降。胶州湾关注地区的显著变化的海岸线,和重大的变化发生在青岛的西部和东部沿海地区。海岸线在很大程度上扩大外海由于自然和人为因素的综合影响。沿海进化是海岸工程建设的主要因素。此外,其他三大建筑活动的恢复是水产养殖池塘,盐,和海港大厦。触发的转变的驱动力海岸线揭示了重要的时间异质性。
1。介绍
海岸线占海洋和陆地之间的边界接触(1),一个重要的人类生存和增长的基础和载体,和一种特殊的自然资源2]。不稳定(3- - - - - -7,功能多样性8),地理差异(9,10),和其他重要功能都包含在这些特征。沿海国家经济增长中心转换成自20世纪以来,沿海地区和近50%的世界人口定居在区域内100公里的海岸线11]。更多的关注主要集中在沿海变化是主要的环境因素直接影响沿海经济增长和土地管理12,13]。然而经济中心的转移,引发了沿海资源快速变化,这对经济有巨大的影响,沿海地区的社会、环境和生态方面(14]。例如,自然海岸线的比例显著降低了大型填海项目(15]。沿海地区的生物生态系统退化的海岸线,集约利用人工校正自然弯曲的海岸线和无序的水产养殖。沿海地区已成为一个至关重要的地区沿海海洋资源的经济增长与持续发展。一个有效的方法研究沿海地区的环境和生态变化是跟踪海岸线的变化。Nayak [16建议,对于理解不同的沿海过程,详细的界定和监测海岸线(长期、短期和季节性)是很重要的。沿海监视因此成为一个重要的活动可持续发展和环境的保护17,18]。
因为他们的高覆盖率和低成本,遥感(RS)基于图像的方法现在已经成为流行的监测海岸线变化(19- - - - - -25]。许多科学家已经记录了海岸线的变化,这些变化的原因进行了调查和认可26]。例如,通过使用开放多瞬时卫星图像,Mishra et al。27)的长期短期动态评估的沿海位置Uri地区在印度在过去的25年(1990 - 2015),派生变化背后的解释如人类建筑和海岸线侵蚀。羽衣甘蓝等。28]研究侵蚀率和沿海变化Yesilirmak河北部海岸的土耳其在2017年之前清楚地展示大坝建筑数据的影响。Thoai et al。29日]研究了Ca的海岸线的变化猫披肩在越南在过去20年,得出的结论是,森林面积损失,河道疏浚,水产养殖和基础设施增长最重要的因素是影响该地区的海岸线的变化。吴et al。30.)把中国的深圳经济特区为例,研究该地区的海岸线的变化从1988年到2015年,发现海岸线稳定特性是完全不同的东部和西部海岸线之间的深圳,与地区差异主要反映在海岸线形态变化和改变法律。
世界各地的研究人员进行的研究主要从两个视点海岸线变化:(i)测量海岸线变化和海岸线的陆地或海洋领域转向描述时空变异性(31日- - - - - -36];(2)基于时空沿海变化趋势的研究,探索影响的地质、地貌、气候和经济在海岸线的变化37- - - - - -40]。许多研究改进海岸线已经执行。然而,海岸线从卫星图片上获得的几种处理方法(24,41- - - - - -43)是近年边界存在的特定时间图像的采集,即瞬时海岸线(44,45),而不是实际的海岸线的地理描述(46- - - - - -48]。重要的是要改变这个瞬时海岸线成tide-coordinate海岸线(44]。除非足够的地面控制和摄影报道,这种方法限制使用历史海岸线的决心(49]。
在不同的国家,利用遥感和地理信息系统技术来追踪海岸线的变化已成为许多学术研究的焦点。这两种技术的集成是很少在许多研究探索。收集数据的挑战在长期内是一个解释。其他解释,一些提取规则被用来提取海岸线遥感细节,和提取过程是复杂的。大多数研究者研究了海岸线,或者沿海地区,其推动力量。因此,基于五遥感图像的青岛从2000年到2019年,这项研究使用目视判读方法提取遥感信息的海岸线。青岛沿海长时间系列的定量分析不同的时空演化特征和响应的关系。研究成果可以为沿海的生产和使用提供基本的数据保护和沿海地区,解决海岸带生态系统健康发展的重要问题。
1.1。研究区域
青岛在山东半岛的东南部,在东经119°30′-121°00′,北纬35°35′-37°09′,毗邻黄海东部和南部,紧邻烟台城市东北部,毗邻潍坊城市在西部,西南部,毗邻日照城市(图1),总面积11282公里2(50]。
2。材料和方法
2.1。数据库
陆地卫星多瞬时卫星数据(操作土地Imager-OLI Plus-ETM +传感器)和增强型专题成像仪使用的空间分辨率为30米的研究工作研究覆盖的面积在2000年,2010年和2019年。的图片收集EarthExplorer网站(http://earthexplorer.usgs.gov)的美国地质调查局(USGS),所有这些都与地理错误纠正和预计0.5像素的世界上使用统一横轴墨卡托方法参考系统(WGS84)的结果。表1描述了有关数据的细节。
2.2。青岛的海岸线提取和分类
首先,在这个研究论文,预处理步骤,包括大气校正和辐射校正阶段,已经应用于卫星图像使用5.3软件的环境。ArcGIS 10.5用于分类的海岸线。海岸线的方法解释包括目视判读和自动化的遥感影像判读(51]。自动分析方法,如边缘检测算法,数学形态学算法,区域增长算法,数据挖掘方法和神经网络方法近年来,被广泛使用在世界各地,但是传统的方法,如人机交互的视觉解释,由专家仍广泛使用提取沿海信息(52]。人机一体化的视觉感知的方法因此本文采用。5.3[的环境53)软件用于遥感图像进行预处理,包括超立方体快视距大气分析(FLAASH),辐射校正,图像配准,图像马赛克不同的场景。大多数的图像系统和几何纠正。预处理后,遥感图像分离的归一化水指数(NDWI) [54)、边界线是增强和瞬时水边缘的确切位置是通过大津阈值分割方法的基础上,澄清微分反射光谱的特点在海岸线附近(55]。海岸线获得的分类主要是根据从谷歌地球图片和实地调查获得的信息;随后,地形图的数字化和可视化分析遥感图像分类。岛上的海岸线被分成海岸线和在大陆海岸线,和本文中我们只检查了大陆海岸线。
2.3。精度验证提取海岸线
为了测试提取海岸线的准确性,使用手动选择随机点的统计方法(56]。首先,在初始图像边缘的海岸线,我们手动选择了900点。为每个数据周期,我们选择了900点,2700点的精度评估。然后,从每个随机点提取的海岸线,我们最短的距离决定。价值是积极如果随机点的距离内的土地;否则,它是负面的。TM / ETM +图像分辨率和奥利是30 m(表1)。因此,根据统计直方图(图的结果2),的比例随机点选择在一个像素的距离是2000年的87.55%在2000年的三个周期,2010年和2019年,2010年的90.78%在一个像素的距离,一个像素的距离内,2019年为94.45%,提取结果令人满意。
3所示。结果
3.1。分类的海岸线
沿海的分布类型为2000年,2010年和2019年是通过图像的采集和后续分析青岛沿海地区的覆盖的遥感卫星在过去19年。青岛海岸线分为自然海岸线和人工海岸线基于详细的研究成果(3,57- - - - - -60]。自然的海岸线被分为基岩海岸,桑迪海岸线,泥泞的海岸线,和河口;此外,人工海岸线被分为港口和码头、护岸和海堤,水产养殖和盐。陆地卫星图像,对应的海岸线是显示在543年,432年和321年乐队加上假彩色显示(图3),最后,海岸线分类是通过人类和计算机之间的交互的可视化表示。详细的分类信息表所示2。
据统计的海岸线分类结果见表3和图42000年青岛海岸线总长度为507公里,其中自然海岸线总长度为235.22公里,和人工海岸线总长度为272.34公里。如表所示3,从2000年到2019年,由于自然和人为因素的综合影响,在青岛海岸线总长度的增加了4.35%的利率变化在2000 - 2010和2010 - 2019年分别为2.01和2.29,分别,加速增长的趋势。人为因素影响了青岛的海岸线从2000年到2019年。人工海岸线总长度增加从2000年的272.34公里,占总长度的53.63%的海岸线,在2019年359.81公里,占68.40%的海岸线(图4(一))。
(一)
(b)
自然边界线迅速减少的长度235.52公里到180.15公里,然后稳步下降到166.19公里。相反,人工边界的长度线快速成长首先然后稳步增长。2019年,规模从2000年的507.86公里增加到526公里。在青岛沿海地区,基岩不断恶化的自然海岸线(图5)。从2000年到2019年,基岩海岸被比例大大减少从29.04%降至13.65%。桑迪和河口海岸类型可能显示从2000年到2019年增长模式在整个时期。海岸线的泥泞的海岸线是唯一的形式没有改变整体观察。最大的改变部分人工海岸线是水产养殖中,其次是护岸和海堤(图5)。水产养殖海岸线的面积稳步增长在整个时期从2000年到2010年,但它的长度在2010年和2019年有所下降。在整个时间从2000年到2019年,港口和码头的发展在整个海岸线。盐字段是唯一的海岸线,按比例显示下降趋势的持续时间从2000年到2019年,它是7.43%到4.64%。建筑从2000年到2010年呈下降趋势,但2010年之后迅速增加。尽管海堤、护岸只覆盖海岸线总数的一小部分,他们的增长率加速2000年之后,他们尤其可见从2010年到2019年。在图5,所示的空间分布。
4所示。讨论
一个复杂的相互作用不同的人为和自然沿海触发海岸线的变化过程。海岸线的改变了自然过程由于地质和地貌,潮汐和的累积运动风,海平面波动,构造和风暴。操纵水文循环的水坝建设,建立在海滩,海岸结构如港口、beach-protecting结构、码头、矿业的沙滩和海岸植被退化的人类活动可能会加剧沿海变化。大多数人为增长的关键原因是海岸线的变化在青岛19年来,尽管自然因素是次要的原因50]。整个中国大陆沿岸海岸线的变化增加了∼1990 - 2019年期间主要为土地复垦和码头建设(61年]。
气候条件和自然过程是重要的在确定海岸线的变化。这些过程不仅影响潮汐的变化,波浪,等等,每小时或每天还在长时间尺度,如海平面和气候变化。相对海平面上升,这可能会发生,因为海洋的水量上升或下沉或出现土地的自然过程,是一个长期的地质现象的重要意义海岸线。在青岛沿海地区,相对海平面的变化可能参与修改海岸线。在过去的几十年中,每个亚型的自然海岸线的长度有所下降,而人工建筑和码头的海岸线人工组显著增加(61年]。
海岸线的变化包括不同的海岸地形特性,比如岬和海湾、滩涂、河口、海滩、和研究区域的基石。目前的研究表明,沿海地区的基石受到重大威胁的下降。更多的变化发生在狭窄的大陆架和暴露的岩石海岸地区,导致桑迪的积累和泥泞的沿着海滩和河口沉积物。沉积物生成,悬崖是由高波浪能量作用于软基石的一部分,最终改变了海岸线在整个研究区域。
在目前的结果,多岩石的海岸线被丢失,布兰克费恩人为如何变化,常常是极端当地生态系统将会破坏自然环境,防止未来的可访问性经历这些活泼、生活景观。沿着海滩砂沉积是材料由大陆运输河流和波浪的影响(62年]。沿海变化也见证了地势低洼的沙滩和沙丘,导致整体沿着海岸线向海上升。青岛沿海地区海角和海湾,导致沿岸海岸线的变化。很少有弯曲的沙滩和多个河口地区,容易使沉积物和导致海岸线的变化。沿海平原往往形成取决于河流及其排水区(63年]。发展及其相关的沉积过程和一些主要的贡献者在沿海地区的沿海地貌。沿海沉积物的沉积形状特性,比如海滩,泥滩,河口,红树林,沙丘。在2000 - 2019年期间,青岛沿海地区经历了更多的过剩的吸积沉积物排放在河流(47]。从河流沉积物排放大大减少由于水坝建设,基础设施、开发活动,并侵占(图3)。这使得沿着海岸线沙滩更容易受到破坏。
海浪的原动力之一是沿着海岸线沿岸过程带来变化。例如,最大的影响因素的演变海岸线转变是海边输沙率(64年]。形成这样的沿海特性,比如酒吧和吐舌,沿海运输中起着重要作用,导致大量海岸线变化(65年]。青岛经历了变化的沿海地区,因为潮汐漂流物的沉积物运输通过杨,冯,长全,吴长河流。大部分的河流未能开发真正的三角形的特征,因为强大的海上当前在该研究领域。
人类干预和人为活动对海岸线的变化产生重大影响。符合先前的研究人员(3,66年),海岸线变化背后的主要驱动力是人类活动,包括土地复垦[67年- - - - - -69年)、水产养殖发展(60),和码头建设(70年]。海岸线形态也导致沿海城市化、提取、转移沿海砂,疏浚。沉积物的供给减少造成的海上采砂,海岸线障碍,和sediment-rich筑坝河流导致沿海生态系统的损失和恶化,包括海滩,河口和泥滩。
建设沿海结构如海堤、护岸,港口,码头,和水产养殖在青岛沿海地区可能会干扰的海边漂移的过程中,改变沉积物的预算和加剧海岸线变化的相邻的基石,河口、泥滩、海滩、或海滩down-drift方向。当前的研究表明,对于人为过程沿着海岸,青岛海岸发生更大的变化。海岸线的变化加剧了不可持续的沿海建设项目。沿着海岸不同施工工程进行,可能会导致重大变化在周围沿海地区海岸线。目前青岛主要是由结构的经验,研究海岸护岸、海堤和水产养殖活动(数据3(g)和3(h))。由于人为活动,这个海岸有改变率高,并揭示这一事实的存在,河流输入、盐,和波模式决定了海岸线变化的速度。河流输入是明显的破坏,导致生存的海滩的直接风险。
有几个因素,如沙丘植被保护海岸线的变化,有助于保护沿海环境。人为活动导致海岸线的变化显著影响这些天然的保护。田et al。61年海岸线]中提到2020,低经济价值,如岩石,桑迪,泥泞,河口海岸线,变成了高经济价值海岸线,如水产养殖,变成了海岸线和更多的经济价值,如建筑和码头的海岸线。人口增长与发展工作沿着海岸把沿海生态系统面临前所未有的压力。同时,进行气候变化的表现,如海平面上升和风暴潮的严重程度,增加威胁沿海人口的栖息地,自然资源,基础设施,和幸福。
5。结论
在这项研究中,陆地卫星2000年和2010年ETM +图像和陆地卫星2019年奥利图像是用来描述和分类青岛的中国东部海岸海岸线。由于自然和人为活动,青岛沿海地区海岸线经历了重大的修改。海岸线的时空变化研究领域已经广泛在过去19年:海岸线的长度从2000年到2019年已大幅增加。海岸线类型的增加主要是人工边界。目前的研究表明,人工海岸线总长度增长从2000年的272.34公里,海岸线的占总长度的53.63%,下降至2019年的359.79公里,代表68.40%的海岸线。自然的岩石海岸海岸线大幅下降比例从29.04%降至13.65%,而最大的部分由水产养殖人工海岸线变化从2000年的23.07%到2019年的26.08%。
海岸线的生长明显受人类活动的影响。自然沿海边界的长度线已经恶化,大量的自然海岸线转换成人工海岸线。地貌和地质作用、沉积物供应和相对海平面上升促进海岸线发展。海岸线变化率的分析通常显示短期和长期变化在研究区不同的沿海地区。最终,环境和资源的变化研究了青岛沿海地区海岸地形影响。沿海地形变化的类型与人工和自然特性的变化沿着海岸线,尤其是基础设施、水产养殖、港口结构,基石,海滩,河口和泥滩。人类活动不仅海岸线的变化也影响沿海地区的类型和表面覆盖的领域。一个现实的管理方法是由海岸线变化的研究基于地貌概念和模式,从而理解海岸线变化的原因。目前的研究因此明显集中在沿海过程产生的影响在研究区,自然和人为的。
数据可用性
作者用美国地质调查局和青岛沿岸的字段数据。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这部分工作是支持国家重点研究和发展计划(批准号2017 yfc145600)和中国国家自然科学基金(批准号41776182)。