基于长时序遥感数据的海岸线监测与预测-以莱州湾东海岸为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 穆珂 |
| 答辩日期 | 2024-05-16 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院烟台海岸带研究所 |
| 导师 | 唐诚 |
| 关键词 | 海岸线 时空演变 岸线侵蚀 岸线预测 遥感 |
| 学位名称 | 理学硕士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 其他题名 | Shoreline monitoring and prediction using long-term remote sensing data for the eastern coast of Laizhou Bay |
| 英文摘要 | 沿海地区对地方和国家的经济发展至关重要，海岸带作为陆地和海洋的过渡地区，对人类活动和气候变化的反馈十分敏感，监测海岸线变化可以了解不同驱动力如何影响沿海地区动态演变，对海岸带资源保护、资源可持续利用和沿岸开发合理规划起到重要作用。遥感影像可以在大范围、长时序尺度监测海岸线变化趋势，并模拟未来演变趋势。本研究利用1984-2022年间Landsat 5 (TM)、Landsat 8 (OLI)和Sentinel-2(MSI)遥感影像数据集，构建基于MNDWI水体指数、Otsu阈值分割算法、MSI边界提取算法和潮位校正模型的海岸线提取流程，通过海岸线长度变化指数、端点变化速率、线性回归速率、分形维数、海岸线类型多样性指数、海岸线利用程度指数、围海填海，对莱州湾东部海岸近40年海岸线演变过程进行分析，首次利用卡尔曼滤波器和ShorelineS模型分析和预测莱州湾东部砂质海岸未来变化趋势，结论如下： 1）基于MNDWI水体指数、Otsu阈值分割算法、MSI边界提取算法和潮位校正模型所构建的海岸线提取流程，具有较高的岸线提取精度和提取效率，满足小区域、长时序、高精度海岸线监测需求。MSI边界提取算法可以有效缓解海岸线提取过程中边界锯齿状轮廓，提高提取精度。 2）1984-2022年间，莱州湾东岸海岸线总长度整体呈现增大趋势，海岸线总长度由1984年的166.897 km增长至2022年的364.201 km，1984-2022年间，莱州湾东岸自然岸线由1984年的139.091 km下降至2022年的50.604 km，人工岸线由1984年的27.805 km上升至2022年的313.596 km。1984-2022年期间，莱州湾东岸整体海岸线长度变化指数为3.11 %，人类活动致使莱州湾东岸自然岸线占比由83.33 %降低至13.89 %，期间海岸线类型多样性指数和海岸线利用程度指数分别从0.39、153.30增加至0.79、390.37。莱州湾东岸海岸线整体的岸线类型多样性、开发程度强度、以及陆海空间格局具有明显空间差异性，呈现南北高、中部岸段低的差异性格局。 3）1984-2022年间，莱州湾东岸砂质岸线遭遇较为严重侵蚀，其中根据端点变化速率所计算的侵蚀岸段占比达79.54 %，平均侵蚀速率为-1.34 m∙a^(-1)，根据线性回归速率所计算的侵蚀岸段占比达85.58 %，平均侵蚀速率为-1.56 m∙a^(-1)。海岸线分形维数变化趋势和对应时期海岸线长度之间存在良好正相关性，砂质岸线分形维数明显小于人工岸线分形维数，人类活动主导该区域海岸线分形维数变化。 4）利用卡尔曼滤波器预测莱州湾东岸岸线未来演变趋势，模拟结果显示，预计至2032年，莱州湾东岸现存砂质岸段中84.58 %岸段将遭受侵蚀，平均侵蚀速率为-2.53 m∙a^(-1)，预测未来2032年，界河口两侧、石虎嘴西南侧和三山岛西南侧将会发生较为严重岸线侵蚀。利用ShorelineS模型模拟及预测不同海岸防护建筑对岸线演变影响，结果显示，丁坝、离岸堤对周边岸线演变影响取决于其形态特征和组合方式，异型丁坝（T型丁坝、L型丁坝）与离岸堤群对岸线演变而言，具有更好的沉积物堆积效益。莱州湾东岸区域内丁坝、离岸堤等海岸防护工程，对周边岸线淤沙作用明显，合适的海岸工程有助于改善莱州湾东部岸线侵蚀现状，预计未来2032年，在海岸保护工程作用下，周边岸线将发生不同程度的向海淤积。港口码头建设对海岸线演变影响取决于港口规模、地理位置和周边水动力条件，莱州港周边岸线未来变化趋势和周边岸段开发程度相关，具有明显的时空差异性，表现为东西两端淤积，中段岸线趋于动态平衡。 5）莱州湾东岸岸线变迁主要驱动力为海平面上升、风暴潮等自然因素，同时受围海填海、采砂采矿、水库建设等人类活动驱动，沿海规划政策和沿海保护政策影响了近年来莱州湾东岸岸线演变趋势，人口和经济增长同样影响岸线演变。1984-2022年间莱州湾东岸新增陆域面积达12025.42 ha，主要围海填海类型为人工岛建设、养殖田建设和港口建设，集中屺姆岛、龙口市一带。1984-2007年间为莱州湾东岸人类开发强度平稳增长期，2007-2011年间开发强度增长幅度最大，2011年后变化趋于平稳。 本文利用长时序遥感数据，监测、分析莱州湾东岸1984-2022年海岸线变迁，模拟预测莱州湾东岸海岸线2032年演变趋势，对不同海岸工程对岸线演变影响进行模拟与预测，总结不同驱动力如何影响海岸线演变过程，为海岸利用开发、资源优化配置、生态系统修复提供决策和信息支持，促进该区域海岸线资源可持续发展与合理利用。 |
| 语种 | 中文 |
| 目次 | 第1章 绪论 1.1 选题背景和意义 1.2 国内外研究现状 1.2.1 海岸线提取方法研究现状 1.2.2 海岸线变化特征研究现状 1.2.3 海岸线预测方法研究现状 1.3 研究内容和技术路线 1.3.1 研究内容 1.3.2 技术路线 1.4 论文组织结构 第2章 研究区概况和研究方法 2.1 研究区概况 2.1.1 地貌地形 2.1.2 气象气候 2.1.3 海洋水文 2.2 海岸线半自动提取流程构建 2.2.1 瞬时水边线提取流程 2.2.2 潮位校正模型原理 2.3 海岸线类型划分及解译原则 2.4 海岸线变迁速率分析研究 2.4.1 海岸线长度变化指数 2.4.2 基线法原理 2.4.3 端点变化速率 2.4.4 线性回归速率 2.5 海岸线演变定量分析研究 2.5.1 土地利用类型转移 2.5.2 海岸线分形维数研究 2.5.3 海岸类型多样性指数 2.5.4 海岸线利用程度指数 2.6 海岸线模拟与预测 2.6.1 卡尔曼滤波器 2.6.2 ShorelineS模型 2.7 数据源与数据预处理 2.7.1 遥感影像获取与处理 2.7.2 潮位数据获取与处理 2.7.3 波浪数据获取与处理 2.7.4 水深数据获取与处理 2.7.5 辅助数据获取与处理 2.8 本章小结 第3章 莱州湾东岸岸线时空变迁分析 3.1 海岸线提取精度分析 3.2 莱州湾东岸岸线时空变化基本特征 3.3 基于分形维数特征海岸线时空演变 3.4 海岸线位置变化速率的时空特征 3.5 本章小结 第4章 海岸线演变趋势模拟与预测 4.1 基于卡尔曼滤波器海岸线变化全局预测 4.1.1 模型初始化 4.1.2 卡尔曼滤波器预测精度分析 4.1.3 未来海岸线模拟结果与分析 4.2 基于ShorelineS模型典型区域海岸线预测 4.2.1 丁坝对海岸线演变响应模式 4.2.2 离岸堤对海岸线演变响应模式 4.2.3 港口码头对海岸线演变响应模式 4.3 本章小结 第5章 海岸线变迁驱动力分析 5.1 自然驱动力 5.1.1 海平面上升 5.1.2 风暴潮灾害 5.2 人为驱动力 5.2.1 围海填海 5.2.2 非法采砂与修建水库 5.2.3 人口与经济增长 5.3 政策驱动力 5.3.1 沿海规划政策 5.3.2 沿海保护政策 5.4 本章小结 第6章 结论与展望 6.1 主要结论 6.2 本文创新点 6.3 不足与展望 参考文献 致 谢 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果 |
| 页码 | 109 |
| 源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/40068]  |
| 专题 | 中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 穆珂. 基于长时序遥感数据的海岸线监测与预测-以莱州湾东海岸为例[D]. 中国科学院烟台海岸带研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：烟台海岸带研究所
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