基于分形维数的中国北方三省一市大陆岸线动态变化分析.docxVIP

基于分形维数的中国北方三省一市大陆岸线动态变化分析 1 资源环境及多尺度海岸时空变化 海岸线不仅标志着沿海地区的水陆边界，而且还包含丰富的环境信息。这种变化直接影响着海滩资源量和海岸带环境，改变了海岸带不同资源和生态过程的变化，影响了沿海居民的生存和发展。海岸带是全球变化的敏感地区,研究海岸线变化及其驱动因素对于了解海岸带生态环境变化乃至全球变化具有重要意义。 环渤海地区是中国近年来经济发展的热点地区之一,是继珠江三角洲和长江三角洲后中国经济发展新的引擎。环渤海地区各省、市的海洋开发活动如渔业、石油、天然气、海盐及海运等呈增长态势。天津滨海新区、辽宁“五点一线”沿海经济带、河北曹妃甸循环经济示范区、沧州渤海新区和山东半岛蓝色经济区建设,推动了环渤海地区开发建设的规模和强度。同时中国北方许多较大河流如黄河、海河、滦河和大辽河等均汇入渤海。河口的淤涨与蚀退等自然条件的变化以及人类围垦、填海造地、修建港口等人工活动的影响,必然导致海岸线在不断地发生着变化,从而影响到滨海生态环境。 遥感具有宏观、快速、重复观测地表信息的优点。利用遥感和GIS技术,能够快速准确地对海岸线信息进行提取和动态监测,从而及时掌握海域使用对海岸线的影响。目前关于海岸线变化的研究已有不少,但是大部分基于遥感图像处理方法提取的海岸线是卫星过顶时的水陆分界线,即瞬时“水边线”,而非真正地理学意义上的海岸线;此外,大多数研究仅对典型小区域的海岸线变化进行遥感研究,缺少大尺度海岸线时空变化规律的宏观研究。本文根据“908专项”定义将海岸线(Coastline)限定为平均大潮高潮时水陆分界的痕迹线,并以环渤海地区所在的中国北方“三省一市”(即:辽宁省、河北省、山东省和天津市)为研究区,采用目视判读方法提取了研究区2000-2012年共6期海岸线的时空分布,采用网格法计算了海岸线的分形维数,并分析了海岸线时空变化特征及驱动原因。研究区海岸线范围起自辽宁省鸭绿江河口,终至山东省与江苏省交界处,经度介于117°30′E~124°20′E之间,纬度介于35°05′N~41°N之间,完整包括“三省一市”的沿海海岸线分布(图1)。 2 沿海河口海陆界线的划分 海岸线分为大陆海岸线与岛屿海岸线,本文仅研究大陆海岸线的时空变化。按如下原则选取大陆海岸线:(1)沿海河口海陆分界线的划分原则:保留大型河口的港湾特征;反映河口处沙咀、沙洲和澙湖地貌;表现河口的喇叭状形态;不对称河渠视河口形态择定,河口分界线一般定在河流缩窄或两岬曲率最大处。(2)淤泥质海岸潮滩上的陆地(高潮时不被淹没)作为岛屿处理,该岛屿岸线不计算在内。 2.1 遥感影像使用 海岸线信息提取用到的遥感数据源包括Landsat TM/ETM、CEBERS CCD、HJ-1 CCD数据,其中TM/ETM数据和HJ-1 CCD数据空间分辨率30 m,CEBERS CCD数据空间分辨率19.5 m,均满足1:10万制图要求。文中合计使用各种影像数据87景,所有时期的遥感影像对照地形图进行几何精纠正,误差不超过1个像元。用到的辅助资料主要包括地形图、行政区划图、地方志等资料,并且进行了关于环渤海地区海岸线类型的外业调查,为海岸线遥感解译提供了重要支持。 2.2 海岸的建设和人工开发的海岸、潮滩、管理 依据各类海岸线在标准假彩色遥感影像上的色调、纹理以及空间形态与分布等特征,并参照研究区地形图、野外观测等辅助资料来综合分析与人工目视判读海岸线的位置。不同类型海岸的海岸线采用不同的遥感判读标准:人工海岸与海水直接相接,如港口、闭合的堤坝等,一般有规则的水陆分界线,取人工海岸向海一侧为人工岸线;沙质海岸一般比较平直,海滩上部因大潮潮水搬运,常常堆积成一条与岸平行的脊状沙质沉积,滩脊的位置即为海岸线位置;对于已开发或面积较小的淤泥质海岸,选择其它地物如植被,虾池,公路等与潮滩的分界线作为海岸线,在大潮高潮时,海水不能越过其分界线,对于无人工开发的淤泥质海岸,平均大潮高潮线以上的裸露土地与平均大潮高潮线以下的潮滩,在影像上大多会呈现色彩的差异,其分界线作为海岸线;以海岬角以及直立陡崖的水陆直接相接地带作为基岩海岸的海岸线。 为了保证前后两期海岸线位置没有变化的部分保持严格一致,在Arc Info软件平台上先对2000年的海岸线分布进行目视判读与数字化,生成Coverage矢量数据,后期海岸线以前期海岸线为本底数据,只对海岸线变化部分进行动态更新,从而有效地避免了基于不同空间分辨率和不同时相遥感影像进行海岸线动态提取时产生的“双眼皮”现象。 2.3 有限元分形维数计算 计算海岸线分形维数的方法有2种,一是量规法,二是网格法,本文采用网格法计算海岸线的分形维数。网格法的基本思路就是使用不同长度的正方形网格连续且不重叠地去覆盖被测海岸线,当正方形网格