近20年廈門市海岸線遙感監測與變遷特征分析

秦艷芳，葉 琳，陳思明

（閩江學院海洋學院，福州 350108）

快速而又準確地測定海岸線的動態變化，適時關注沿海地區岸線變遷具有十分重要的研究價值和現實意義[1]。廈門市自成立經濟特區以來，經濟持續高速發展，大范圍填海造地，使其海岸線發生了顯著變化。近年來，作為連接“一帶”和“一路”的主要陸海樞紐城市，廈門市積極建設與各國家和地區互聯互通、經濟貿易以及人文文化交流的重點地區，如擴張新機場、推動口岸基礎設施建設等[2]。這一系列舉措對廈門市城鎮建設、產業布局以及港口經濟發展均產生重要影響，也對海岸線及沿岸生態環境的變化產生深遠影響。

遙感具有大范圍實時同步獲取不同尺度時空信息的優勢，在海岸線調查、動態監測等方面表現出極大的優勢。國內外學者就海岸線遙感提取方法已經開展了大量的研究，并提出多種算法。Ryan等對陸地和水體的遙感分類時引入神經網絡算法，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算相結合，提取了烏爾米耶湖的海岸線[4]。劉鵬程利用水平集理論對海岸線進行提取，引入海岸邊界區域特征分割算法[5]。胡亞斌等采用NDWI方法來分割水陸信息，提取山東半島海陽沙灘的砂質岸線[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現自動化，并引入了許多新的算法，在一定程度上提高了提取精度，但提取結果仍然需要人工交互的方式進行修訂。

本文采用Landsat系列遙感影像，通過多波段譜間關系法分別提取1999、2005、2011、2017年廈門市海岸線數據，分別從岸線長度和陸地面積變化來分析其變遷特征和主要驅動因素。

1 研究區概況

廈門市位于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，并與臺灣島隔海相望，是我國東南沿海對外貿易的主要港口，也是一個風景旅游城市。研究區可分為島內和島外兩部分，島內地區包含了思明區和湖里區，島外地區包含了海滄區、集美區、同安區以及翔安區，陸地總面積約1 600 km2，海域面積約390 km2。

2 數據與研究方法

2.1 數據來源

本研究以Landsat系列遙感數據作為主要數據源，分別獲取廈門市1999年9月7日ETM+數據、2005年7月13日和2011年9月16日的TM數據、2017年10月2日OLI數據共4個時相的遙感影像，云量均不超過10%。各期遙感影像均經過大氣校正和增強處理，并以2017年OLI影像為準對其他3期進行幾何精校正以保證數據可比性。

此外，還使用了2014年1:10萬福建省鄉鎮行政區劃矢量圖，用于提取廈門市行政區劃的內陸邊界。

2.2 海岸線的遙感提取方法

本文采用多波段譜間關系法進行海岸線提取，該方法由周成虎等提出[8]。通過分析水體與其他地物在TM影像不同波段上的灰度曲線圖，筆者發現，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，與其他類型均不相同，由此提出了提取水體的譜間關系法模型：

式 中，TM2、TM3、TM4和 TM5分 別 對 應 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柵格轉矢量、面轉線即可自動提取海陸邊界，再經平滑處理可消除柵格轉矢量特有的鋸齒特征，最后通過人工交互的方法對各期海岸線進行修正。

2.3 海岸線變遷特征分析

2.3.1 長度變化

按廈門市行政區劃，將研究區海岸線分為海滄區、集美區、同安區、翔安區、湖里區和思明區6段，通過各時期分段長度變化來分析海岸線長度變化的情況。

為了能夠更加客觀、準確地對海岸線進行時空變化分析對比，采用某一時間段內海岸線長度的年均變化來表示海岸線的變化速率。

2.3.2 陸地面積變化

分別將4期海岸線與廈門市行政區劃的內陸邊界線進行合并，形成整個廈門市各期行政區劃的陸地邊界，再由線轉面并計算面積，從而獲取4期廈門市的陸地總面積和3個時期陸地面積的增大或減少情況。

3 結果分析

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

圖1 1999-2017年廈門市地區海岸線空間分布

3.1 長度變化

1999-2017年間廈門市地區海岸線總長度由235.16 km增至264.98 km，其中在2005-2011年和2011-2017年，分別增長了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。

結合圖1，1999-2005年，海岸線總長度減少3.03 km，主要體現在海滄區和湖里區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，曲折度增大，主要變化集中在翔安區；2011-2017年，除翔安區大嶝島海岸線大幅度向海域方向移動外，其他地區變化不明顯。

表1 海岸線長度變化及年平均變化速率

下面分別從各分區進行分析。

翔安區2017年海岸線總長度為103.74 km，較1999年增長20.06 km。增長最顯著的時期為2011-2017年，共增長14.6 km，年變化速率為2.43 km/a，主要表現為大嶝島在此期間急劇擴張。2005-2011年，海岸線長度也增加了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。此外，1999-2005年局部地區海岸線由曲折變平直，總長度下降3.54 km。

湖里區2017年海岸線總長度為39.91 km，較1999年增長8.11 km。1999-2005年、2005-2011年的變化較為顯著，長度增長率分別為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在高殿村、廈門高崎機場以及鐘宅村附近沿海方向的陸地不斷擴建。

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

海滄區2017年海岸線總長度為48.36 km，較1999年減少了0.91 km。雖然總長度變化不大，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，海岸線長度又有所上升。

此外，集美區和思明區的岸線沒有明顯變化。

3.2 陸地面積變化

1999-2017年，廈門市陸地面積從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，主要分布在海滄區和湖里區；2005-2011年，陸地面積增加了15.60 km2，全地區分布總體較為平均；2011-2017年，陸地面積增加了11.36 km2，主要集中在翔安區。

表2 1999-2017年陸地面積變化統計

圖2 局部地區陸地變化

從各分區來看，湖里區的新增陸地較為顯著。2017年陸地面積為69.58 km2，較1999年增長了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，海滄區和翔安區陸地面積也迅速擴張，主要原因是翔安區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展。1999-2017年海滄區的陸地面積從170.1 km2增至177.97 km2，增長率為4.63%；翔安區從350.09 km2增至365.89 km2，增長率為4.51%。在此過程中，海滄區的陸地面積持續增加，主要集中在2011年之前；而翔安區在2005年之前陸地面積變化不明顯，之后開始逐漸增加，特別是在2011-2017年共增加了11.21 km2，增長率為3.16%。

4 結論

本文選用4期Landsat遙感數據，對廈門市近20年海岸線變遷特征進行分析，得出以下主要結論。

（1）1999-2017年，廈門市地區海岸線增長趨勢十分顯著，特別是在2005-2011年以及2011-2017年2個時間段里分別增長了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。從行政分區上來看，顯著表現為2005-2017年在翔安區的增長和1999-2005年在湖里區的增長。

（2）廈門市陸地面積總體增加了36.02 km2，集中表現在翔安區、海滄區和湖里區。城鎮建設等人類活動是廈門市海岸線發生顯著變化的重要原因。1999年以來，在海滄區、翔安區和湖里區，沿海城鎮建設用地不斷擴張，港口進一步擴建，翔安區東南側水產養殖區域也有明顯擴大，特別是翔安區大嶝島圍填海工程用于大嶝航空城基地建設，造成的海岸線變化最為顯著。

（3）近年來，為響應“一帶一路”倡議，廈門市經濟建設的步伐進一步擴大，在經濟文化方面的對外交流愈發頻繁，這也增加了廈門市在客運和貨運方面的供給壓力，使得政府積極擴建船埠、港口和機場，從而對廈門市海岸線變遷產生了重要影響。