黄河三角洲面积多尺度时间序列分析与悬浮泥沙分布研究

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海岸带作为海洋和陆地联系的重要纽带,蕴含有丰富的自然资源,而系统的研究分析岸线及其周边海域水环境的变化趋势对于海岸带的合理利用与开发具有重要意义。因此本文利用Google Earth Engine(GEE)遥感大数据平台,结合GIS技术,探究了近年来黄河三角洲岸线及其临近海域悬浮泥沙的变化规律以及它们的影响因素。此方法相比传统的人工实地监测采集数据和利用其他遥感图像处理软件解译卫星影像相比,相对省时省力且更新速度快,适用大面积长时间序列的监测和分析。本文以黄河三角洲及其临近海域为研究区,采用Landsat TM、ETM、OLI、ERA5数据集等多源遥感影像为数据源,提取了1984-2018年的岸线数据并反演了2014-2020年的黄河三角洲临近海域表层悬沙浓度数据,结合从利津站得到的径流量和输沙量、临近海域的风场、温度以及表层沉积物类型等数据,对黄河三角洲总面积、各岸段面积、临近海域表层悬沙分布的时间和空间规律以及它们的影响因素进行了深入分析,研究的主要工作内容和结论如下:1.黄河三角洲面积时空变化特征及原因将黄河三角洲按照岸段的位置和特点分为四个区域——刁口河岸段、孤东岸段、新河口岸段和莱州湾岸段,得到如下结论:新河口岸段面积呈增大趋势,但随着水沙补给的减少,增长速度逐渐变缓,并且输沙量、径流量对新河口岸段面积存在滞后效应;刁口河岸段前期由于黄河改道后失去水沙补给并受海水动力作用侵蚀显著面积呈下降趋势,后期受人工岸线增多面积下降速度逐渐变缓;莱州湾岸段和孤东岸段面积由于固岸工程的建设基本维持稳定。1984-2018年黄河三角洲总面积呈先增大后逐渐减小的趋势,转折点发生在1998年。总体来说,入海泥沙量、径流量是影响黄河三角洲面积的重要因素,但随着人类活动在海岸带的增多,非自然因素对黄河三角洲面积的影响越来越大。2.基于GEE定性反演表层悬沙浓度通过分析研究海域含沙水体的光谱曲线,建立泥沙指数反演模型,与前人的研究结果对比后得到相同的悬沙分布变化趋势,验证了泥沙指数模型可以用于定性反演黄河三角洲临近海域的表层悬沙浓度。依据此反演模型,基于GEE二次开发了黄河口表层悬沙分布在线反演软件,可以准确快速的反演指定日期的黄河三角洲临近海域的表层悬沙浓度,并利用此软件分别反演得到2014-2020年研究区丰水期和枯水期的悬沙分布结果用于研究表层悬沙浓度的时空分布规律。3.黄河三角洲邻近海域表层悬沙浓度时空分布特征及原因利用地理探测器的方法,结合利津站水沙量、风场、温度和海表沉积物类型等因素,对黄河三角洲临近海域表层悬沙浓度的时空特征进行分析,得到如下结论:时间分布上,2014-2020年研究区内枯水期高浓度悬沙分布范围整体大于丰水期,高浓度悬沙的面积占比呈逐年减小趋势,空间分布上表层悬浮泥沙在新河口岸段形成明显的高浓度区域,且从近岸到远海呈减小趋势;地理探测器方法得到的结果表明风速与表层悬沙浓度分布的相关性最大,各影响因子之间存在显著的交互增强作用,同时表层悬沙的时空分布也受潮汐、余流、风暴潮等自然因素和人为活动的影响。
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