海岸帶地理環(huán)境雷達(dá)遙感監(jiān)測關(guān)鍵問題研究

李 鵬

1. 中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100； 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061

全球海岸帶地區(qū)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，近一半人口生活在沿海約200 km范圍內(nèi)，是地球上水圈、巖石圈、大氣圈、生物圈和人類社會相互作用最頻繁、最活躍的地帶，也是全球自然生態(tài)環(huán)境最為復(fù)雜和脆弱的區(qū)域之一。海岸帶動態(tài)變化監(jiān)測是全球變化與應(yīng)對領(lǐng)域的重要方向，基于雷達(dá)遙感開展河口海岸帶地理環(huán)境監(jiān)測，如河口三角洲地形地貌、地面沉降、海岸線變化、濕地分類變化等，有助于分析海平面上升與地面垂直運(yùn)動的疊加影響，提升海岸線提取和濕地動態(tài)變化監(jiān)測的可靠性，為海岸帶城市規(guī)劃、開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)和工程建設(shè)等提供科學(xué)依據(jù)。由于在利用雷達(dá)遙感空間對地觀測技術(shù)開展河口海岸帶長期、連續(xù)地理環(huán)境監(jiān)測方面仍然存在不足，本文針對一些關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用問題，主要開展了以下幾個(gè)方面的工作：

(1) 海岸帶InSAR對流層延遲誤差改正與方法評估。以Envisat ASAR與Sentinel-1寬幅InSAR時(shí)間序列分析數(shù)據(jù)為例，定量分析了地形線性相關(guān)經(jīng)驗(yàn)方法、ECMWF大氣再分析產(chǎn)品、GACOS大氣改正在線服務(wù)產(chǎn)品在估計(jì)與改正對流層延遲方面的性能與可靠性。結(jié)果表明，GACOS產(chǎn)品在估計(jì)大范圍垂直分層延遲與小尺度局部信號方面優(yōu)于其他兩類方法。

(2) 海岸帶InSAR形變監(jiān)測的海潮負(fù)荷影響分析與改正。以全球多個(gè)典型海岸帶地區(qū)為例，基于多源海潮模型研究了海潮負(fù)荷對寬幅InSAR形變監(jiān)測影響的時(shí)空變化特征，給出了相應(yīng)的海潮負(fù)荷位移估計(jì)與改正方法，并討論了不同海潮模型的差異。

(3) 海岸帶DEM質(zhì)量評估與海平面上升淹沒脆弱性分析。基于TanDEM-X雙站SAR數(shù)據(jù)生成了青島膠州灣、黃河三角洲地區(qū)1.8 m精度、4 m分辨率DEM，采用Sentinel-1 InSAR時(shí)序分析技術(shù)得到了黃河三角洲孤東油田大壩現(xiàn)今地面垂直運(yùn)動速率，定量分析了未來百年孤東海堤大壩、膠州灣海岸帶的陸地淹沒時(shí)空變化特征。

(4) 基于多源SAR遙感的海岸線時(shí)空變化特征探測、提取與監(jiān)測。通過融合多源SAR與光學(xué)遙感影像資料，探測與提取了近20年膠州灣與近40年黃河三角洲地區(qū)的海岸線，定量分析了海域面積、海岸線長度及變化速率，討論了海岸線變遷過程以及影響海岸線變遷的驅(qū)動因素。

(5) 河口三角洲濕地全極化SAR與多光譜遙感協(xié)同分類研究。通過創(chuàng)新性地融合GF-3 QPSI和Sentinel-2B MSI影像，基于最大似然法、決策樹算法、支持向量機(jī)方法開展了黃河三角洲濕地監(jiān)督分類。結(jié)果表明，協(xié)同分類總體精度(95.7%)顯著優(yōu)于單獨(dú)分類。

(6) 河口海岸帶相干性變化探測研究。定量分析了黃河口濕地多時(shí)相、多波段、多極化SAR圖像的相干性、后向散射特征，為海岸帶地理環(huán)境調(diào)查(如：濕地邊界、淹沒程度、洪水?dāng)_動、水文周期和濕地植被等)提供參考。