近20年厦门市海岸线遥感监测与变迁特征分析

秦艳芳，叶 琳，陈思明

（闽江学院海洋学院，福州 350108）

快速而又准确地测定海岸线的动态变化，适时关注沿海地区岸线变迁具有十分重要的研究价值和现实意义[1]。厦门市自成立经济特区以来，经济持续高速发展，大范围填海造地，使其海岸线发生了显著变化。近年来，作为连接“一带”和“一路”的主要陆海枢纽城市，厦门市积极建设与各国家和地区互联互通、经济贸易以及人文文化交流的重点地区，如扩张新机场、推动口岸基础设施建设等[2]。这一系列举措对厦门市城镇建设、产业布局以及港口经济发展均产生重要影响，也对海岸线及沿岸生态环境的变化产生深远影响。

遥感具有大范围实时同步获取不同尺度时空信息的优势，在海岸线调查、动态监测等方面表现出极大的优势。国内外学者就海岸线遥感提取方法已经开展了大量的研究，并提出多种算法。Ryan等对陆地和水体的遥感分类时引入神经网络算法，完成了海岸线提取[3]。Alesheikh等利用单一波段直方图阈值和波段比值运算相结合，提取了乌尔米耶湖的海岸线[4]。刘鹏程利用水平集理论对海岸线进行提取，引入海岸边界区域特征分割算法[5]。胡亚斌等采用NDWI方法来分割水陆信息，提取山东半岛海阳沙滩的砂质岸线[6]。方亮等提出了基于均值漂移的海岛（礁）岸线快速提取方法[7]。目前，基于遥感的海岸线提取方法已基本实现自动化，并引入了许多新的算法，在一定程度上提高了提取精度，但提取结果仍然需要人工交互的方式进行修订。

本文采用Landsat系列遥感影像，通过多波段谱间关系法分别提取1999、2005、2011、2017年厦门市海岸线数据，分别从岸线长度和陆地面积变化来分析其变迁特征和主要驱动因素。

1 研究区概况

厦门市位于118°04′04″E、24°26′46″N附近，处于福建省的东南端，九龙江的入海口，并与台湾岛隔海相望，是我国东南沿海对外贸易的主要港口，也是一个风景旅游城市。研究区可分为岛内和岛外两部分，岛内地区包含了思明区和湖里区，岛外地区包含了海沧区、集美区、同安区以及翔安区，陆地总面积约1 600 km2，海域面积约390 km2。

2 数据与研究方法

2.1 数据来源

本研究以Landsat系列遥感数据作为主要数据源，分别获取厦门市1999年9月7日ETM+数据、2005年7月13日和2011年9月16日的TM数据、2017年10月2日OLI数据共4个时相的遥感影像，云量均不超过10%。各期遥感影像均经过大气校正和增强处理，并以2017年OLI影像为准对其他3期进行几何精校正以保证数据可比性。

此外，还使用了2014年1:10万福建省乡镇行政区划矢量图，用于提取厦门市行政区划的内陆边界。

2.2 海岸线的遥感提取方法

本文采用多波段谱间关系法进行海岸线提取，该方法由周成虎等提出[8]。通过分析水体与其他地物在TM影像不同波段上的灰度曲线图，笔者发现，水体具有绿波段加红波段大于近红外波段加中红外波段的特征，与其他类型均不相同，由此提出了提取水体的谱间关系法模型：

式 中，TM2、TM3、TM4和 TM5分 别 对 应 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是能够区别水体与陆地的阈值（取值约为0）。

将基于阈值分离的水陆二值图像通过栅格转矢量、面转线即可自动提取海陆边界，再经平滑处理可消除栅格转矢量特有的锯齿特征，最后通过人工交互的方法对各期海岸线进行修正。

2.3 海岸线变迁特征分析

2.3.1 长度变化

按厦门市行政区划，将研究区海岸线分为海沧区、集美区、同安区、翔安区、湖里区和思明区6段，通过各时期分段长度变化来分析海岸线长度变化的情况。

为了能够更加客观、准确地对海岸线进行时空变化分析对比，采用某一时间段内海岸线长度的年均变化来表示海岸线的变化速率。

2.3.2 陆地面积变化

分别将4期海岸线与厦门市行政区划的内陆边界线进行合并，形成整个厦门市各期行政区划的陆地边界，再由线转面并计算面积，从而获取4期厦门市的陆地总面积和3个时期陆地面积的增大或减少情况。

3 结果分析

4期厦门市海岸线如图1所示，海岸线主要变化的区域集中在海沧区、同安区、湖里区和翔安区，特别是2011-2017年，大嶝岛陆地面积向外扩张非常明显。

图1 1999-2017年厦门市地区海岸线空间分布

3.1 长度变化

1999-2017年间厦门市地区海岸线总长度由235.16 km增至264.98 km，其中在2005-2011年和2011-2017年，分别增长了11.05 km、21.8 km，年变化速率分别为1.84 km/a和3.63 km/a，如表1所示。

结合图1，1999-2005年，海岸线总长度减少3.03 km，主要体现在海沧区和湖里区的岸线曲折程度明显下降；2005-2011年海岸线向海域方向明显移动，曲折度增大，主要变化集中在翔安区；2011-2017年，除翔安区大嶝岛海岸线大幅度向海域方向移动外，其他地区变化不明显。

表1 海岸线长度变化及年平均变化速率

下面分别从各分区进行分析。

翔安区2017年海岸线总长度为103.74 km，较1999年增长20.06 km。增长最显著的时期为2011-2017年，共增长14.6 km，年变化速率为2.43 km/a，主要表现为大嶝岛在此期间急剧扩张。2005-2011年，海岸线长度也增加了9 km，岸线曲折度有所上升，东南部岸线明显向海域方向移动。此外，1999-2005年局部地区海岸线由曲折变平直，总长度下降3.54 km。

湖里区2017年海岸线总长度为39.91 km，较1999年增长8.11 km。1999-2005年、2005-2011年的变化较为显著，长度增长率分别为22.14%、6.23%，年变化速率分别为1.17 km/a、0.40 km/a。其间变化主要集中表现在高殿村、厦门高崎机场以及钟宅村附近沿海方向的陆地不断扩建。

同安区2017年海岸线总长度为19.51 km，较1999年增长3.04 km。1999-2005年和2005-2011年，海岸线长度不增反减，主要与海岸线曲折度下降有关。而2011-2017年，海岸线曲折度有所上升，长度也增长了5.72 km，主要集中在大埔附近沿海地区的填海造地工程。

海沧区2017年海岸线总长度为48.36 km，较1999年减少了0.91 km。虽然总长度变化不大，但在1999-2005年有明显降低，主要原因是钟山村、石塘村等地围填海工程使得岸线的曲折度大幅下降；而在2011-2017年，海岸线长度又有所上升。

此外，集美区和思明区的岸线没有明显变化。

3.2 陆地面积变化

1999-2017年，厦门市陆地面积从1 564.93 km2增至1 600.95 km2，总体增加36.02 km2。如表2、图2所示，1999-2005年，陆地面积增加了9.05 km2，主要分布在海沧区和湖里区；2005-2011年，陆地面积增加了15.60 km2，全地区分布总体较为平均；2011-2017年，陆地面积增加了11.36 km2，主要集中在翔安区。

表2 1999-2017年陆地面积变化统计

图2 局部地区陆地变化

从各分区来看，湖里区的新增陆地较为显著。2017年陆地面积为69.58 km2，较1999年增长了7.72 km2，其中1999-2005年和2005-2011年间分别增加了 4.46 km2、3.69 km2。

此外，海沧区和翔安区陆地面积也迅速扩张，主要原因是翔安区的大嶝岛陆地面积增加了将近一倍，前浯、澳头等附近海岸也有明显扩展。1999-2017年海沧区的陆地面积从170.1 km2增至177.97 km2，增长率为4.63%；翔安区从350.09 km2增至365.89 km2，增长率为4.51%。在此过程中，海沧区的陆地面积持续增加，主要集中在2011年之前；而翔安区在2005年之前陆地面积变化不明显，之后开始逐渐增加，特别是在2011-2017年共增加了11.21 km2，增长率为3.16%。

4 结论

本文选用4期Landsat遥感数据，对厦门市近20年海岸线变迁特征进行分析，得出以下主要结论。

（1）1999-2017年，厦门市地区海岸线增长趋势十分显著，特别是在2005-2011年以及2011-2017年2个时间段里分别增长了11.05 km、21.8 km，其年平均变化速率分别为1.84 km/a和3.63 km/a。从行政分区上来看，显著表现为2005-2017年在翔安区的增长和1999-2005年在湖里区的增长。

（2）厦门市陆地面积总体增加了36.02 km2，集中表现在翔安区、海沧区和湖里区。城镇建设等人类活动是厦门市海岸线发生显著变化的重要原因。1999年以来，在海沧区、翔安区和湖里区，沿海城镇建设用地不断扩张，港口进一步扩建，翔安区东南侧水产养殖区域也有明显扩大，特别是翔安区大嶝岛围填海工程用于大嶝航空城基地建设，造成的海岸线变化最为显著。

（3）近年来，为响应“一带一路”倡议，厦门市经济建设的步伐进一步扩大，在经济文化方面的对外交流愈发频繁，这也增加了厦门市在客运和货运方面的供给压力，使得政府积极扩建船埠、港口和机场，从而对厦门市海岸线变迁产生了重要影响。