基于遥感数据的大湾区海岸线时空变迁与分析预测

作     者：尹楠楠 

作者单位：长江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汤军;段宏亮

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0707[理学-海洋科学] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：粤港澳大湾区 海岸线变迁 Pearson相关性 驱动因素 卡尔曼滤波 

摘      要：粤港澳大湾区是全球第四大湾区,地理位置和海洋资源优势独特。在中国湾区经济发展中,大湾区扮演着重要的战略支柱角色。近年来,随着大湾区经济的快速发展和人口的快速增长,大湾区围填海范围不断扩大,海岸线快速变化,对海岸带生态系统的平衡和资源的可持续发展产生了巨大的影响。因此,对于大湾区海岸线时空变化的研究是为了更好地对大湾区沿海区域海洋资源利用和管理。本文基于Landsat/Sentinel影像,采取改进的归一化差异水体指数(Normalized Difference Vegetation Index,MNDWI)、Canny算子,使用最优阈值自动获取水边线结合遥感解译分类方法提取了粤港澳大湾区1990、1995、2000、2005、2010、2015和2021年7期海岸线信息数据。通过GIS空间分析、分形计算方法和数理统计,对1990-2021年粤港澳大湾区大陆海岸线的空间分布、长度变化、分形维数、类型结构、多样性指数和端点变化速率等多项指标进行了分析。并结合Pearson相关系数分析法,探讨了引起粤港澳大湾区海岸线变化的驱动机制。最后选取珠海市和中山市2个具有代表性的典型区域运用卡尔曼滤波器结合数字岸线分析系统中的线性回归法进行了海岸线未来位置预测。主要研究成果如下:(1)1990-2021年间,粤港澳大湾区海岸线长度保持着持续上升的趋势,长度总计增加了358.71km,增长幅度达17.13%,岸线在空间上的分布存在较大的差异,其中珠海市和深圳市的海岸线增长最大,岸线长度分别增长了79.59km、62.92km,岸线增长幅度分别为30.67%、28.82%。海岸线的分形维数变化趋势与长度变化趋势保持较好的一致性,尽管在中山市和澳门特别行政区略有波动,但总体呈现持续增长的趋势,表明海岸线的复杂度正在不断提高。(2)研究期间,岸线类型结构转变频繁,自然岸线和人工岸线此消彼长,1990-2021年期间,人工岸线增加了853.95km,自然岸线减少了495.24km。自然岸线占比率由71.68%下降至41.00%,其中,基岩岸线减少的最多,减少幅度超过35%;人工岸线中,建设围堤岸线增加最多,岸线增加了737.07km,岸线占比由10.56%上升至39.59%。研究区域内的岸线类型多样性指数呈先增大后减小趋势,市域尺度下的岸线类型结构和岸线类型多样性指数变化各不相同。(3)1990-2021年,粤港澳大湾区大部分海岸线处于稳定状态,变迁主要表现为向海推进,而向陆后退的海岸线较少。粤港澳大湾区向海推进的主要原因为填海造陆、港口建设等人为开发建设活动,较为明显的区域是深圳市,岸线向海推进比例最大,为56.88%。珠海市是岸线向陆后退较为显著的区域,向陆后退岸线占比为13.54%。相比之下,其他地区岸线向陆后退的比例较小。海岸线向陆后退的主要原因是自然因素,如降水、海平面上升和波浪等导致的海岸侵蚀。(4)运用Pearson相关系数分析法,对自然、经济和社会因素对粤港澳大湾区海岸线的作用和影响进行了定量分析。同时,对海岸线类型对海岸线变化的影响进行了定性分析。结果表明,粤港澳大湾区海岸线变化是自然因素、经济和社会因素综合作用的结果。(5)由于道路、港口、码头和防波堤等工程的影响,珠海市至中山市的海岸区域仍将继续受到侵蚀的影响。根据卡尔曼滤波对2031年的预测结果显示,该岸段的海岸线向陆后退的最远距离将达到237m。