海岸带地理环境雷达遥感监测关键问题研究

李 鹏

1. 中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100； 2. 青岛海洋科学与技术国家试点实验室海洋地质过程与环境功能实验室，山东 青岛 266061

全球海岸带地区人口密集、经济发达，近一半人口生活在沿海约200 km范围内，是地球上水圈、岩石圈、大气圈、生物圈和人类社会相互作用最频繁、最活跃的地带，也是全球自然生态环境最为复杂和脆弱的区域之一。海岸带动态变化监测是全球变化与应对领域的重要方向，基于雷达遥感开展河口海岸带地理环境监测，如河口三角洲地形地貌、地面沉降、海岸线变化、湿地分类变化等，有助于分析海平面上升与地面垂直运动的叠加影响，提升海岸线提取和湿地动态变化监测的可靠性，为海岸带城市规划、开发利用、环境保护和工程建设等提供科学依据。由于在利用雷达遥感空间对地观测技术开展河口海岸带长期、连续地理环境监测方面仍然存在不足，本文针对一些关键技术与应用问题，主要开展了以下几个方面的工作：

(1) 海岸带InSAR对流层延迟误差改正与方法评估。以Envisat ASAR与Sentinel-1宽幅InSAR时间序列分析数据为例，定量分析了地形线性相关经验方法、ECMWF大气再分析产品、GACOS大气改正在线服务产品在估计与改正对流层延迟方面的性能与可靠性。结果表明，GACOS产品在估计大范围垂直分层延迟与小尺度局部信号方面优于其他两类方法。

(2) 海岸带InSAR形变监测的海潮负荷影响分析与改正。以全球多个典型海岸带地区为例，基于多源海潮模型研究了海潮负荷对宽幅InSAR形变监测影响的时空变化特征，给出了相应的海潮负荷位移估计与改正方法，并讨论了不同海潮模型的差异。

(3) 海岸带DEM质量评估与海平面上升淹没脆弱性分析。基于TanDEM-X双站SAR数据生成了青岛胶州湾、黄河三角洲地区1.8 m精度、4 m分辨率DEM，采用Sentinel-1 InSAR时序分析技术得到了黄河三角洲孤东油田大坝现今地面垂直运动速率，定量分析了未来百年孤东海堤大坝、胶州湾海岸带的陆地淹没时空变化特征。

(4) 基于多源SAR遥感的海岸线时空变化特征探测、提取与监测。通过融合多源SAR与光学遥感影像资料，探测与提取了近20年胶州湾与近40年黄河三角洲地区的海岸线，定量分析了海域面积、海岸线长度及变化速率，讨论了海岸线变迁过程以及影响海岸线变迁的驱动因素。

(5) 河口三角洲湿地全极化SAR与多光谱遥感协同分类研究。通过创新性地融合GF-3 QPSI和Sentinel-2B MSI影像，基于最大似然法、决策树算法、支持向量机方法开展了黄河三角洲湿地监督分类。结果表明，协同分类总体精度(95.7%)显著优于单独分类。

(6) 河口海岸带相干性变化探测研究。定量分析了黄河口湿地多时相、多波段、多极化SAR图像的相干性、后向散射特征，为海岸带地理环境调查(如：湿地边界、淹没程度、洪水扰动、水文周期和湿地植被等)提供参考。