利用遥感卫星数据云平台研究人类活动对沿海环境的影响

论文摘要

人类社会的发展离不开对自然资源的依赖,人类活动在方方面面影响甚至重塑着地球表面景观,人类与自然环境的协调发展是全球广泛关心的问题。一直以来,遥感卫星数据在检测人类活动,地表地貌变化,及人类活动对沿海环境的影响方面有着比较广泛的应用。随着检测地球卫星的数量和种类的增多,可利用的遥感数据也已经达到了一定的量级,具备了在地区尺度,国家尺度的长时序时空研究的数据基础。然而传统的下载遥感数据进行处理的方法在面对大区域,长时序的时空分析时有着处理速度慢,耗时长,数据获取受限等劣势。如何合理使用多种数据库,提高处理大量数据的效率,综合分析多领域数据来解决问题等是给使用遥感卫星数据进行研究带来的新挑战,也是给解决人与自然环境协调发展问题带来的新机遇。随着近几年技术的发展,使得用户比较容易地访问和处理海量的遥感数据成为可能,遥感云平台的出现和其提供的在线处理,高运算效率,便捷调用多种数据库等优势条件,都给综合考虑人与自然可持续发展等此类研究问题提供了新的研究机遇和新的研究视角。沿海地区由于其特殊的地理位置在经济发展中具有重要的地位,加上其上重要的植被和湿地等自然资源,是陆地生态系统向海洋生态系统的过渡地带,其在社会,经济和生态方面的重要性都显而易见。同时沿海地区也是一个极其脆弱的地区,尤其是在河流入海口的沿海地区,由于其向人类提供更多的农,渔等资源,一般都成为了更加密集的人类活动区。在中国沿海地区,尤其河流入海口的沿海地区,无论是生态还是海岸线受到人类活动和自然因素干扰的反映都更加明显。比如人类的足迹会引起前所未有的围填海等活动,这些活动会引起海岸线的动态变化,沿海土地的扩张或缩减,土地利用类型变化,生物多样性的减少,植被减少,湿地的消减,甚至地表温度的变化等。因此人类活动对海岸线的动态变化,植被,温度等环境相关因素的研究,对理解人类活动对沿海环境的影响,制定沿海地区区域经济社会可持续发展战略都具有重要研究意义。本论文以杭州湾地区为例,但是研究方法并不局限于杭州湾地区,研究基于遥感云平台Google Earth Engine（GEE）Application Program Interface（API）,综合利用云平台上的多源遥感卫星数据库,调用1300多幅卫星影像,研究了从1986年到2018年几十年间的沿海地区人类活动对海岸线动态变化,沿海土地的扩张或缩减动态变化,植被和温度的影响问题。本研究中作者利用GEE,通过平台本身提供的JavaScript编程语言,编程实现了对平台上几个遥感影像数据库的调用,预处理,处理,几十年内的长时序时空分析,输出,并且在GIS平台对输出数据进行了结果分析研究,并在文末对区域经济社会的可持续发展提出了建议。研究对大范围,多时相,长时序,多数据源的遥感数据提取的人类活动范围,海岸线,地表温度,植被,综合人类活动修改影响因子等变量进行了时空研究,并对变量之间的关联性进行了分析,研究成果可以为保护生态脆弱性,生态环境保护的决策制定及地区级别的可持续发展政策制定提供基础数据和技术支持。研究采用Nighttime Light数据库,Landsat数据库,MODIS数据库和人类综合活动修改影响因子（Human Modification）等数据库,提取和量化了杭州湾地区海岸线的时空变化,和植被,温度的变化,并研究了人类活动的时空变化及其对海岸线动态,沿海土地扩张或缩减变化,温度,植被几个沿海环境相关的变量因素的影响和关联。采用的方法是1.在GEE平台上采用Nighttime Light数据库,提取了杭州湾地区几十年的人类活动及居住地的动态变化2.在GEE平台上运用JavaScript编程,采用缨帽变换(Tasselled Cap analysis（TCA）等方法,基于Landsat数据库提取杭州湾地区33年的海岸线动态变化并计算了沿海土地的扩张及缩减的动态变化3.在GEE平台上提取了杭州湾地区近十几年的地表温度变化,植被变化;4.利用全球人类活动修改因子数据库提取杭州湾地区的综合人类活动影响数据;5.各自分析了人类活动对海岸线,沿海土地变化,植被,温度的影响和关联性。研究结论是,通过研究结果分析,杭州湾地区由于海岸线变化引起的海陆交换非常显著,围填海活动为主要海陆变化的驱动原因,1986年到2018年间,由海水变为陆地的面积呈现一个中间有波动,但是总体上升的趋势,由海域面积转变成陆地的面积超过900km2。杭州湾地区人类活动强度的增加率与沿海地区土地的增加面积,两者之间的Pearson线性相关系数为0.62,两者之间的Spearman排序相关分析的相关指数为0.88,说明杭州湾地区人类活动强度的增加与海岸带土地的增加情况呈正相关关系。人类活动与植被变化关系是负相关,指数为-0.5。同时,人类活动对地表温度的影响是弱正相关,指数为0.48。人类活动的影响在沿海岸线地区的影响程度比较高,接近海岸线地区的植被减少情况也比较严重,接近海岸线地区的地表温度也呈现轻微的上升趋势。因此,建议应该严格审批沿海地区的围填海项目,控制围填海规模,加强围填海项目的综合论证,跟踪已实施项目的监测及生态恢复,加强海岸线变迁研究和生态系统变化研究,沿海地区的资源开发应秉承生态保护为主,开发与保护结合,海陆统筹管理,合理布局的原则。研究技术上侧重在使用云平台GEE的基础上,高效利用海量的多源遥感数据的方法,为人类活动与沿海环境的可持续发展等研究提供数据基础和技术支持,研究选取了沿海尤其是河流入海口地区为研究对象,以杭州湾地区为例,但研究方法及云平台上的运行算法并不局限用于此地区。研究方法也可以应用在其他沿海地区或范围更大的研究区,通过衡量人为活动对沿海环境影响的差异,制定不同的滨海发展方针。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 引言
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 研究现状及存在问题
•     1.2.1 监测人类活动方面的研究现状
•     1.2.2 监测海岸线变化方面的研究现状
•     1.2.3 监测植被及温度变化方面的研究现状
•   1.3 大数据背景下的研究发展趋势
•     1.3.1 地球科学大数据及相关概念
•     1.3.2 研究发展趋势
•   1.4 研究思路及研究内容
•   1.5 创新点
• 2 人类活动变化的时空研究
•   2.1 研究背景及研究现状
•   2.2 GEE基础上的研究方法
•   2.3 结果研究及验证
• 3 海岸线变化的时空研究
•   3.1 研究现状
•   3.2 GEE基础上的研究方法
•     3.2.1 数据源及研究流程
•     3.2.2 海岸线提取研究方法
•   3.3 结果研究及验证
• 4 人类活动对海岸线变化的影响研究
•   4.1 人类活动与海岸线动态变化
•   4.2 相关性研究及结论
• 5 人类活动与温度和植被的关联研究
•   5.1 数据源和研究方法
•   5.2 GEE基础上的温度估算
•   5.3 人类活动对温度和植被的关联研究及结论
• 6 区域经济社会可持续发展建议
•   6.1 研究成果总结分析
•   6.2 围填海的正面及负面效应
•   6.3 可持续发展基础上的综合管理建议
• 7 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 局限及展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简介
• 附录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 楚丽霞

导师: 崔彬

关键词: 时空研究,杭州湾,海陆变化,人类活动,云平台

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 海洋学,环境科学与资源利用,工业通用技术及设备,自动化技术

单位: 中国地质大学(北京)

分类号: TP79;X145;P74

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.001564

总页数: 103

文件大小: 6611K

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