海岸线变化的监测与预测对于海岸带规划管理至关重要，可以使人们更深刻地理解气候变化和人类活动对海岸带环境的影响，并制定相应的策略。过去十几年间，越来越多的新技术手段被应用海岸线变化和监测。莱州湾位于渤海的南部、山东半岛的北侧，是环渤海经济圈一个重要地域，在过去的半个世纪其海岸带发生了显著的变化，特别在莱州湾东部砂质岸线地段，岸线侵蚀严重。

针对莱州湾东部海岸，开发研究了一种岸线自动提取方法，通过Otsu算法、MSI边界提取算法和潮位校正模型，获取莱州湾东岸1984-2022年海岸线，通过计算海岸线长度变化强度指数(LCI)、端点变化速率(EPR)、线性回归速率(LRR)分析岸线变化程度，运用海岸线类型多样性指数(ICTD)和海岸线利用程度指数(ICUD)分析海岸线变迁原因，首次运用卡尔曼滤波对该区域未来10年海岸线演变进行预测。

研究显示，莱州湾东岸1984-2022年间，海岸线总长度从166.90公里增加到364.20公里，人类活动致使该区域自然海岸线占比从83.33%减少到13.89%，LCI为3.11%，ICTD从0.39增加到0.79，ICUD从153.30增加到390.37，区域新增陆域达10000.20公顷，主要为围海填海、水产养殖和港口建设等人类活动所导致。该区域超过70%的沙滩在过去近40年间遭受侵蚀，利用EPR和LRR所计算的侵蚀岸段占比为分别为79.54%和85.58%（图1）。海岸线分形维数在1984-2022年间不断增加，和岸线长度呈正比，反映了该区域人类活动持续增强。基于卡尔曼滤波的未来海岸线预测结果显示，到2032年，84.58%的砂质海岸线将遭受不同程度的侵蚀（图2）。

图1：研究区1984-2022岸线空间分布（a）；EPR计算下区域砂质岸线侵蚀和淤积（b）；LRR计算下区域砂质岸线侵蚀和淤积（c）

图2：卡尔曼滤波器预测2032年海岸线（a）；岸线类型占比与ICUD关系（b）；

岸线类型占比与ICTD关系（c）

 

该研究结果可以为莱州湾海岸带科学规划和资源利用提供参考价值。该项工作是中意合作项目“Coastal system changes over the Anthropocene: Natural Vs Induced drivers in China and Italy，中-意海岸带系统人类世变化：自然与人为驱动对比研究”的阶段性成果之一，意大利合作方为意大利研究理事会地球科学与地球资源研究所（Institute of Geosciences and Earth Resources, National Research Council）Sandra Donnici博士, Luigi Tosi博士，受国家自然科学基金（U2106211、No. 41530966）、中国科学院烟台海岸带研究所种子项目（YIC E351030601）支持。相关成果发表于遥感领域二区国际期刊Remote Sensing（Ke Mu et al, 2023）。

 

论文信息：

Mu, K.; Tang, C.; Tosi, L.; Li, Y.; Zheng, X.; Donnici, S.; Sun, J.; Liu, J.; Gao, X. Coastline Monitoring and Prediction Based on Long-Term Remote Sensing Data—A Case Study of the Eastern Coast of Laizhou Bay, China. Remote Sens. 2024, 16, 185.

https://doi.org/10.3390/rs16010185