近20年廈門(mén)市海岸線遙感監(jiān)測(cè)與變遷特征分析

秦艷芳，葉 琳，陳思明

（閩江學(xué)院海洋學(xué)院，福州 350108）

快速而又準(zhǔn)確地測(cè)定海岸線的動(dòng)態(tài)變化，適時(shí)關(guān)注沿海地區(qū)岸線變遷具有十分重要的研究?jī)r(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義[1]。廈門(mén)市自成立經(jīng)濟(jì)特區(qū)以來(lái)，經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，大范圍填海造地，使其海岸線發(fā)生了顯著變化。近年來(lái)，作為連接“一帶”和“一路”的主要陸海樞紐城市，廈門(mén)市積極建設(shè)與各國(guó)家和地區(qū)互聯(lián)互通、經(jīng)濟(jì)貿(mào)易以及人文文化交流的重點(diǎn)地區(qū)，如擴(kuò)張新機(jī)場(chǎng)、推動(dòng)口岸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等[2]。這一系列舉措對(duì)廈門(mén)市城鎮(zhèn)建設(shè)、產(chǎn)業(yè)布局以及港口經(jīng)濟(jì)發(fā)展均產(chǎn)生重要影響，也對(duì)海岸線及沿岸生態(tài)環(huán)境的變化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

遙感具有大范圍實(shí)時(shí)同步獲取不同尺度時(shí)空信息的優(yōu)勢(shì)，在海岸線調(diào)查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就海岸線遙感提取方法已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究，并提出多種算法。Ryan等對(duì)陸地和水體的遙感分類(lèi)時(shí)引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，完成了海岸線提取[3]。Alesheikh等利用單一波段直方圖閾值和波段比值運(yùn)算相結(jié)合，提取了烏爾米耶湖的海岸線[4]。劉鵬程利用水平集理論對(duì)海岸線進(jìn)行提取，引入海岸邊界區(qū)域特征分割算法[5]。胡亞斌等采用NDWI方法來(lái)分割水陸信息，提取山東半島海陽(yáng)沙灘的砂質(zhì)岸線[6]。方亮等提出了基于均值漂移的海島（礁）岸線快速提取方法[7]。目前，基于遙感的海岸線提取方法已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并引入了許多新的算法，在一定程度上提高了提取精度，但提取結(jié)果仍然需要人工交互的方式進(jìn)行修訂。

本文采用Landsat系列遙感影像，通過(guò)多波段譜間關(guān)系法分別提取1999、2005、2011、2017年廈門(mén)市海岸線數(shù)據(jù)，分別從岸線長(zhǎng)度和陸地面積變化來(lái)分析其變遷特征和主要驅(qū)動(dòng)因素。

1 研究區(qū)概況

廈門(mén)市位于118°04′04″E、24°26′46″N附近，處于福建省的東南端，九龍江的入海口，并與臺(tái)灣島隔海相望，是我國(guó)東南沿海對(duì)外貿(mào)易的主要港口，也是一個(gè)風(fēng)景旅游城市。研究區(qū)可分為島內(nèi)和島外兩部分，島內(nèi)地區(qū)包含了思明區(qū)和湖里區(qū)，島外地區(qū)包含了海滄區(qū)、集美區(qū)、同安區(qū)以及翔安區(qū)，陸地總面積約1 600 km2，海域面積約390 km2。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究以Landsat系列遙感數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)源，分別獲取廈門(mén)市1999年9月7日ETM+數(shù)據(jù)、2005年7月13日和2011年9月16日的TM數(shù)據(jù)、2017年10月2日OLI數(shù)據(jù)共4個(gè)時(shí)相的遙感影像，云量均不超過(guò)10%。各期遙感影像均經(jīng)過(guò)大氣校正和增強(qiáng)處理，并以2017年OLI影像為準(zhǔn)對(duì)其他3期進(jìn)行幾何精校正以保證數(shù)據(jù)可比性。

此外，還使用了2014年1:10萬(wàn)福建省鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃矢量圖，用于提取廈門(mén)市行政區(qū)劃的內(nèi)陸邊界。

2.2 海岸線的遙感提取方法

本文采用多波段譜間關(guān)系法進(jìn)行海岸線提取，該方法由周成虎等提出[8]。通過(guò)分析水體與其他地物在TM影像不同波段上的灰度曲線圖，筆者發(fā)現(xiàn)，水體具有綠波段加紅波段大于近紅外波段加中紅外波段的特征，與其他類(lèi)型均不相同，由此提出了提取水體的譜間關(guān)系法模型：

式 中，TM2、TM3、TM4和 TM5分 別 對(duì) 應(yīng) TM、ETM+影像中的2、3、4、5波段以及OLI影像的3、4、5、6波段；x是能夠區(qū)別水體與陸地的閾值（取值約為0）。

將基于閾值分離的水陸二值圖像通過(guò)柵格轉(zhuǎn)矢量、面轉(zhuǎn)線即可自動(dòng)提取海陸邊界，再經(jīng)平滑處理可消除柵格轉(zhuǎn)矢量特有的鋸齒特征，最后通過(guò)人工交互的方法對(duì)各期海岸線進(jìn)行修正。

2.3 海岸線變遷特征分析

2.3.1 長(zhǎng)度變化

按廈門(mén)市行政區(qū)劃，將研究區(qū)海岸線分為海滄區(qū)、集美區(qū)、同安區(qū)、翔安區(qū)、湖里區(qū)和思明區(qū)6段，通過(guò)各時(shí)期分段長(zhǎng)度變化來(lái)分析海岸線長(zhǎng)度變化的情況。

為了能夠更加客觀、準(zhǔn)確地對(duì)海岸線進(jìn)行時(shí)空變化分析對(duì)比，采用某一時(shí)間段內(nèi)海岸線長(zhǎng)度的年均變化來(lái)表示海岸線的變化速率。

2.3.2 陸地面積變化

分別將4期海岸線與廈門(mén)市行政區(qū)劃的內(nèi)陸邊界線進(jìn)行合并，形成整個(gè)廈門(mén)市各期行政區(qū)劃的陸地邊界，再由線轉(zhuǎn)面并計(jì)算面積，從而獲取4期廈門(mén)市的陸地總面積和3個(gè)時(shí)期陸地面積的增大或減少情況。

3 結(jié)果分析

4期廈門(mén)市海岸線如圖1所示，海岸線主要變化的區(qū)域集中在海滄區(qū)、同安區(qū)、湖里區(qū)和翔安區(qū)，特別是2011-2017年，大嶝島陸地面積向外擴(kuò)張非常明顯。

圖1 1999-2017年廈門(mén)市地區(qū)海岸線空間分布

3.1 長(zhǎng)度變化

1999-2017年間廈門(mén)市地區(qū)海岸線總長(zhǎng)度由235.16 km增至264.98 km，其中在2005-2011年和2011-2017年，分別增長(zhǎng)了11.05 km、21.8 km，年變化速率分別為1.84 km/a和3.63 km/a，如表1所示。

結(jié)合圖1，1999-2005年，海岸線總長(zhǎng)度減少3.03 km，主要體現(xiàn)在海滄區(qū)和湖里區(qū)的岸線曲折程度明顯下降；2005-2011年海岸線向海域方向明顯移動(dòng)，曲折度增大，主要變化集中在翔安區(qū)；2011-2017年，除翔安區(qū)大嶝島海岸線大幅度向海域方向移動(dòng)外，其他地區(qū)變化不明顯。

表1 海岸線長(zhǎng)度變化及年平均變化速率

下面分別從各分區(qū)進(jìn)行分析。

翔安區(qū)2017年海岸線總長(zhǎng)度為103.74 km，較1999年增長(zhǎng)20.06 km。增長(zhǎng)最顯著的時(shí)期為2011-2017年，共增長(zhǎng)14.6 km，年變化速率為2.43 km/a，主要表現(xiàn)為大嶝島在此期間急劇擴(kuò)張。2005-2011年，海岸線長(zhǎng)度也增加了9 km，岸線曲折度有所上升，東南部岸線明顯向海域方向移動(dòng)。此外，1999-2005年局部地區(qū)海岸線由曲折變平直，總長(zhǎng)度下降3.54 km。

湖里區(qū)2017年海岸線總長(zhǎng)度為39.91 km，較1999年增長(zhǎng)8.11 km。1999-2005年、2005-2011年的變化較為顯著，長(zhǎng)度增長(zhǎng)率分別為22.14%、6.23%，年變化速率分別為1.17 km/a、0.40 km/a。其間變化主要集中表現(xiàn)在高殿村、廈門(mén)高崎機(jī)場(chǎng)以及鐘宅村附近沿海方向的陸地不斷擴(kuò)建。

同安區(qū)2017年海岸線總長(zhǎng)度為19.51 km，較1999年增長(zhǎng)3.04 km。1999-2005年和2005-2011年，海岸線長(zhǎng)度不增反減，主要與海岸線曲折度下降有關(guān)。而2011-2017年，海岸線曲折度有所上升，長(zhǎng)度也增長(zhǎng)了5.72 km，主要集中在大埔附近沿海地區(qū)的填海造地工程。

海滄區(qū)2017年海岸線總長(zhǎng)度為48.36 km，較1999年減少了0.91 km。雖然總長(zhǎng)度變化不大，但在1999-2005年有明顯降低，主要原因是鐘山村、石塘村等地圍填海工程使得岸線的曲折度大幅下降；而在2011-2017年，海岸線長(zhǎng)度又有所上升。

此外，集美區(qū)和思明區(qū)的岸線沒(méi)有明顯變化。

3.2 陸地面積變化

1999-2017年，廈門(mén)市陸地面積從1 564.93 km2增至1 600.95 km2，總體增加36.02 km2。如表2、圖2所示，1999-2005年，陸地面積增加了9.05 km2，主要分布在海滄區(qū)和湖里區(qū)；2005-2011年，陸地面積增加了15.60 km2，全地區(qū)分布總體較為平均；2011-2017年，陸地面積增加了11.36 km2，主要集中在翔安區(qū)。

表2 1999-2017年陸地面積變化統(tǒng)計(jì)

圖2 局部地區(qū)陸地變化

從各分區(qū)來(lái)看，湖里區(qū)的新增陸地較為顯著。2017年陸地面積為69.58 km2，較1999年增長(zhǎng)了7.72 km2，其中1999-2005年和2005-2011年間分別增加了 4.46 km2、3.69 km2。

此外，海滄區(qū)和翔安區(qū)陸地面積也迅速擴(kuò)張，主要原因是翔安區(qū)的大嶝島陸地面積增加了將近一倍，前浯、澳頭等附近海岸也有明顯擴(kuò)展。1999-2017年海滄區(qū)的陸地面積從170.1 km2增至177.97 km2，增長(zhǎng)率為4.63%；翔安區(qū)從350.09 km2增至365.89 km2，增長(zhǎng)率為4.51%。在此過(guò)程中，海滄區(qū)的陸地面積持續(xù)增加，主要集中在2011年之前；而翔安區(qū)在2005年之前陸地面積變化不明顯，之后開(kāi)始逐漸增加，特別是在2011-2017年共增加了11.21 km2，增長(zhǎng)率為3.16%。

4 結(jié)論

本文選用4期Landsat遙感數(shù)據(jù)，對(duì)廈門(mén)市近20年海岸線變遷特征進(jìn)行分析，得出以下主要結(jié)論。

（1）1999-2017年，廈門(mén)市地區(qū)海岸線增長(zhǎng)趨勢(shì)十分顯著，特別是在2005-2011年以及2011-2017年2個(gè)時(shí)間段里分別增長(zhǎng)了11.05 km、21.8 km，其年平均變化速率分別為1.84 km/a和3.63 km/a。從行政分區(qū)上來(lái)看，顯著表現(xiàn)為2005-2017年在翔安區(qū)的增長(zhǎng)和1999-2005年在湖里區(qū)的增長(zhǎng)。

（2）廈門(mén)市陸地面積總體增加了36.02 km2，集中表現(xiàn)在翔安區(qū)、海滄區(qū)和湖里區(qū)。城鎮(zhèn)建設(shè)等人類(lèi)活動(dòng)是廈門(mén)市海岸線發(fā)生顯著變化的重要原因。1999年以來(lái)，在海滄區(qū)、翔安區(qū)和湖里區(qū)，沿海城鎮(zhèn)建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，港口進(jìn)一步擴(kuò)建，翔安區(qū)東南側(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域也有明顯擴(kuò)大，特別是翔安區(qū)大嶝島圍填海工程用于大嶝航空城基地建設(shè)，造成的海岸線變化最為顯著。

（3）近年來(lái)，為響應(yīng)“一帶一路”倡議，廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的步伐進(jìn)一步擴(kuò)大，在經(jīng)濟(jì)文化方面的對(duì)外交流愈發(fā)頻繁，這也增加了廈門(mén)市在客運(yùn)和貨運(yùn)方面的供給壓力，使得政府積極擴(kuò)建船埠、港口和機(jī)場(chǎng)，從而對(duì)廈門(mén)市海岸線變遷產(chǎn)生了重要影響。